高強度R6系泊鏈附件熱處理敏感性研究

張 明，張衛新，李 劍，邵云亮

(江蘇亞星錨鏈股份有限公司，江蘇 靖江 214533)

隨著海洋資源開發向深水進軍和服役環境日益復雜化、極端化，現有系泊鏈附件產品性能已接近極限，需開發更高性能的系泊鏈附件。目前系泊鏈按機械性能可分為R3、R3S、R4、R4S、R5等幾個等級。此外，極地開發、綠色航運和海上風電等新技術發展也對系泊鏈提出了更高的要求。挪威船級社DNV規范要求R6級系泊鏈應具有更高的強度和韌性，其屈服強度≥900 MPa，抗拉強度≥1100 MPa， -20 ℃沖擊功≥58 J，延伸率≥12%，斷面收縮率≥50%[1]。熱處理是影響系泊鏈力學性能的關鍵技術，為了滿足R6級系泊鏈附件更高等級和性能要求，有必要對R6級系泊鏈附件進行熱處理敏感性和回火脆性進行研究。

1 試驗材料和方法

R6系泊鏈附件用鋼的主要化學成分(質量分數，%)為： 0.16%～0.27% C， 0.28%～1.30% Mn，0.16%～0.50%Si，1.3%～2.55%Cr，0.3%～1.35%Ni，0.25%～0.65%Mo，0～0.60%Cu，0.02%～0.05%Al，0～0.015%S，0～0.025%P,其余為Fe。通過計算R6系泊鏈鋼的Ac3為835 ℃。

1.1 熱處理敏感性試驗

鍛造的R6級系泊鏈附件按船級社規范要求進行7種熱處理敏感性試驗，其熱處理工藝見表1。在天然氣臺車爐中進行淬火+高溫回火的調質處理，附件試樣按不同的工藝熱處理后，在產品1/3半徑位置取樣，按《GB/T 228.1—2010金屬材料室溫拉伸試驗方法》和《GB/T 229—2007 金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》加工成標準拉伸試樣7支和夏比沖擊試樣7組，每組各3支，然后，分別進行各項力學試驗。

表1 R6系泊附件熱處理工藝

1.2 回火脆性試驗

鍛造R6級系泊鏈附件按船級社規范要求的進行回火脆性試驗。一般來說，隨著回火溫度升高，淬火鋼回火后的沖擊韌度會連續提高。但是，部分合金結構鋼(如Cr鋼、Cr-Mn鋼、Si-Mn鋼和Cr-Ni鋼等)在480～680 ℃溫度范圍內回火后緩冷時，沖擊功也會明顯下降，這種現象稱為第二類回火脆性。因此，按照船級社規范要求采用兩種工藝進行熱處理，對沖擊功進行對比分析。工藝1：Ac3+60 ℃淬火保溫30 min，590 ℃回火保溫60 min，入水快速冷卻；工藝2：Ac3+60 ℃淬火保溫30 min，590 ℃回火保溫60 min，隨爐慢冷40 min到300 ℃出爐空冷[2]。

2 試驗結果和分析

2.1 熱處理敏感性

R6級系泊鏈附件熱處理敏感性試驗結果見表2。

表2 試樣力學性能結果

2.2 回火脆性試驗結果

R6級系泊鏈附件采用回火后入水快冷工藝，試樣的沖擊功分別為153、150、156 J；采用回火后隨爐慢冷40 min到300 ℃出爐空冷工藝，試樣的沖擊功分別為122、129、135 J。

2.3 結果分析

對比1#、2#、3#試樣，可以看出在相同的淬火保溫時間、回火溫度和保溫時間下，隨著淬火溫度升高，試樣強度也逐漸提高，但韌性略微下降。對比4#和5#試樣，可以發現回火溫度對試樣性能影響較大。其中，4#試樣的回火溫度低，強度高；5#試樣回火溫度高，強度低。此外，對比4#和6#試樣，可以看到回火保溫時間對強度影響不大，但是回火時間越長越有利于提高韌性。

R6系泊鏈附件經7種熱處理敏感性試驗后，力學性能存在一定的差異，但均符合船級社規范要求，這說明R6系泊鏈附件的熱處理敏感性不高[3]。

采用回火后隨爐慢冷40 min到300 ℃出爐空冷工藝，R6級系泊鏈附件的沖擊功比采用入水快冷工藝工藝的沖擊功有所下降，但遠高于船級社規范沖擊功≥58 J的要求。第二類回火脆性產生的原因主要是由于Cr、Mn等元素和雜質元素聚集在晶界上，從而減弱了晶界上原子間的結合力而引起的[4]。由于R6系泊鏈鋼的雜質較少，鋼材純度很高，加入適量的Mo、W等有益元素，可以抑制雜質元素向晶界的偏聚，而且自身也不偏聚[5]。因此，R6系泊鏈附件經淬火+高溫回火緩慢冷卻后沖擊功與快速冷卻后相比無明顯下降。

3 結論

R6系泊鏈附件經不同工藝熱處理后均獲得理想的綜合力學性能，調質R6系泊鏈附件對熱處理敏感性不高；R6系泊鏈附件經淬火+高溫回火后，緩慢冷卻后沖擊功與快速冷卻后沖擊功相比無明顯下降，能進行批量工業生產。