R6 系泊卸扣熱處理敏感性研究

張明，張衛(wèi)新，李劍，邵云亮

（江蘇亞星錨鏈股份有限公司，江蘇 靖江 214533）

海洋資源開(kāi)發(fā)向深水進(jìn)軍和服役環(huán)境日益復(fù)雜化、極端化，現(xiàn)有系泊鏈附件產(chǎn)品性能已接近極限，需開(kāi)發(fā)更高性能的系泊鏈附件與更高級(jí)別的海洋系泊鏈連接。目前，系泊鏈按照機(jī)械性能可分為R3、R3S、R4、R4S、R5 等幾個(gè)等級(jí)。此外，極地開(kāi)發(fā)、綠色航運(yùn)和海上風(fēng)電等新技術(shù)發(fā)展方向也對(duì)系泊鏈提出了更高等級(jí)的要求。挪威船級(jí)社DNV 規(guī)范要求更高等級(jí)R6 級(jí)系泊產(chǎn)品應(yīng)該具有更高的強(qiáng)度和韌性，其屈服強(qiáng)度≥900MPa，抗拉強(qiáng)度≥1100MPa，-20℃沖擊吸收能量≥60J，延伸率≥12%，斷面收縮率≥50%。船級(jí)社規(guī)范要求對(duì)R6 級(jí)系泊產(chǎn)品進(jìn)行熱處理敏感性研究。

1 試驗(yàn)材料和方法

R6 系泊鏈附件用鋼的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：0.16 ～0.27 C，0.16 ～0.50Si，3 ～5(Cr+Ni+Mn+Mo)，0～0.60Cu，0.02 ～0.05Al，其余Fe。通過(guò)計(jì)算R6 系泊鏈鋼的Ac3=835℃。原材料鋼錠通過(guò)鍛造和機(jī)加工形成如圖1所示的外形的附件產(chǎn)品。

圖1 R6 系泊卸扣產(chǎn)品外形

鍛造的R6 系泊卸扣按船級(jí)社規(guī)范要求的7 種熱處理敏感性試驗(yàn)的熱處理工藝，見(jiàn)表1，在天然氣臺(tái)車(chē)爐中進(jìn)行淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)處理,附件試樣按不同的工藝熱處理后，在產(chǎn)品1/3 半徑位置取樣，加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣7 支，夏比沖擊試樣7 組各3 支，進(jìn)行各項(xiàng)力學(xué)試驗(yàn)（按《GB/T228.1-2010 金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》和《GB/T 229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》）。

各個(gè)試樣的熱處理工藝參數(shù)如表1 所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

R6 系泊鏈附件的V 型缺口沖擊試驗(yàn)在-20℃下進(jìn)行，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表1 R6 系泊鏈附件熱處理工藝

表2 R6 系泊鏈附件力學(xué)性能結(jié)果

2.2 試驗(yàn)分析

通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)7 組附件試樣力學(xué)性能全部符合船級(jí)社規(guī)范要求。

1#、2#、3#淬火溫度逐漸升高，淬火保溫時(shí)間，回火溫度和保溫時(shí)間相同從表7 中試樣的力學(xué)性能看出，奧氏體化溫度為895℃時(shí)，材料強(qiáng)度較低。隨著奧氏體化溫度逐漸提高，調(diào)質(zhì)后材料的強(qiáng)度也逐漸提高，但整體來(lái)說(shuō)影響不大（圖2）。

圖2 淬火溫度對(duì)性能的影響

對(duì)比2#，4#和5#試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，回火溫度的變化對(duì)性能影響較大。由圖3 可以看出，隨著回火溫度的提升，材料強(qiáng)度降低，而V 型缺口沖擊韌性也從不到100J 上升到165J。從表7 中可以看到，試樣回火溫度為600℃，由于回火溫度較低，材料中的合金元素未能充分溶解，無(wú)法起到細(xì)化晶粒和提高韌性的作用，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度較高，且沖擊性能較低，回火溫度逐漸提高，試樣的沖擊性能也逐漸提高。三組試驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范下限，尤其是2#樣表現(xiàn)出最佳的強(qiáng)韌性配合。

此外，還分析了回火時(shí)間對(duì)性能的影響，對(duì)比4#和6#試驗(yàn)可以看到，回火保溫時(shí)間對(duì)強(qiáng)度影響不大，但是，回火時(shí)間長(zhǎng)有利于產(chǎn)品韌性的提高。

通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2 號(hào)試樣性能最優(yōu)，對(duì)該工藝分析：將試樣加熱到925℃，并保溫60min，然后進(jìn)行水冷，該奧氏體化溫度比通用奧氏體化溫度提高80℃左右，不僅提高了附件的強(qiáng)度，而且使附件成分更加均勻，同時(shí)，也保證了附件的韌性，達(dá)到預(yù)期的性能要求。保溫時(shí)間加長(zhǎng)主要是用來(lái)保證附件在淬火的過(guò)程中吸收足夠的熱量，充分實(shí)現(xiàn)奧氏體的轉(zhuǎn)化。將淬火冷卻后附件回火加熱到610℃，并保溫60min，然后，再次進(jìn)行水冷，此回火溫度比常見(jiàn)高溫回火的溫度提高約50℃，一是為了滿(mǎn)足船級(jí)社提高回火溫度的新標(biāo)準(zhǔn)要求，二是有利于材料中碳化物的析出和分布。而控制附件的保溫時(shí)間能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的材料內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變，增加回火時(shí)間可以使合金元素充分溶解，從而提高附件的綜合力學(xué)性能。

根據(jù)船級(jí)社規(guī)范要求，對(duì)2 號(hào)試驗(yàn)附件進(jìn)行取樣進(jìn)行微觀試驗(yàn)。微觀試樣需使用4%硝酸酒精進(jìn)行腐蝕，用Leica DM2300 顯微鏡進(jìn)行觀察。根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E112《測(cè)定平均粒度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，測(cè)定奧氏體晶粒達(dá)到8 級(jí)，滿(mǎn)足船級(jí)社要求。從圖4 中可以看出，材料組織主要為回火索氏體組織比較均勻，保證了產(chǎn)品的宏觀力學(xué)性能。

圖4 2#試樣金相組織

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)研究了不同熱處理參數(shù)對(duì)R6 系泊鏈附件性能的影響，通過(guò)合適的熱處理工藝進(jìn)行熱處理，R6 系泊鏈附件獲得理想的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)處理的R6 系泊鏈附件對(duì)熱處理敏感性不高，能進(jìn)行批量工業(yè)生產(chǎn)。