R6 系泊卸扣热处理敏感性研究

张明，张卫新，李剑，邵云亮

（江苏亚星锚链股份有限公司，江苏 靖江 214533）

海洋资源开发向深水进军和服役环境日益复杂化、极端化，现有系泊链附件产品性能已接近极限，需开发更高性能的系泊链附件与更高级别的海洋系泊链连接。目前，系泊链按照机械性能可分为R3、R3S、R4、R4S、R5 等几个等级。此外，极地开发、绿色航运和海上风电等新技术发展方向也对系泊链提出了更高等级的要求。挪威船级社DNV 规范要求更高等级R6 级系泊产品应该具有更高的强度和韧性，其屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥1100MPa，-20℃冲击吸收能量≥60J，延伸率≥12%，断面收缩率≥50%。船级社规范要求对R6 级系泊产品进行热处理敏感性研究。

1 试验材料和方法

R6 系泊链附件用钢的主要化学成分（质量分数，%）为：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。通过计算R6 系泊链钢的Ac3=835℃。原材料钢锭通过锻造和机加工形成如图1所示的外形的附件产品。

图1 R6 系泊卸扣产品外形

锻造的R6 系泊卸扣按船级社规范要求的7 种热处理敏感性试验的热处理工艺，见表1，在天然气台车炉中进行淬火+高温回火的调质处理,附件试样按不同的工艺热处理后，在产品1/3 半径位置取样，加工成标准拉伸试样7 支，夏比冲击试样7 组各3 支，进行各项力学试验（按《GB/T228.1-2010 金属材料室温拉伸试验方法》和《GB/T 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》）。

各个试样的热处理工艺参数如表1 所示。

2 试验结果和分析

2.1 试验结果

R6 系泊链附件的V 型缺口冲击试验在-20℃下进行，力学性能试验结果如表2 所示。

表1 R6 系泊链附件热处理工艺

表2 R6 系泊链附件力学性能结果

2.2 试验分析

通过试验，发现7 组附件试样力学性能全部符合船级社规范要求。

1#、2#、3#淬火温度逐渐升高，淬火保温时间，回火温度和保温时间相同从表7 中试样的力学性能看出，奥氏体化温度为895℃时，材料强度较低。随着奥氏体化温度逐渐提高，调质后材料的强度也逐渐提高，但整体来说影响不大（图2）。

图2 淬火温度对性能的影响

对比2#，4#和5#试验可以发现，回火温度的变化对性能影响较大。由图3 可以看出，随着回火温度的提升，材料强度降低，而V 型缺口冲击韧性也从不到100J 上升到165J。从表7 中可以看到，试样回火温度为600℃，由于回火温度较低，材料中的合金元素未能充分溶解，无法起到细化晶粒和提高韧性的作用，导致屈服强度较高，且冲击性能较低，回火温度逐渐提高，试样的冲击性能也逐渐提高。三组试验结果均满足规范下限，尤其是2#样表现出最佳的强韧性配合。

此外，还分析了回火时间对性能的影响，对比4#和6#试验可以看到，回火保温时间对强度影响不大，但是，回火时间长有利于产品韧性的提高。

通过试验，发现2 号试样性能最优，对该工艺分析：将试样加热到925℃，并保温60min，然后进行水冷，该奥氏体化温度比通用奥氏体化温度提高80℃左右，不仅提高了附件的强度，而且使附件成分更加均匀，同时，也保证了附件的韧性，达到预期的性能要求。保温时间加长主要是用来保证附件在淬火的过程中吸收足够的热量，充分实现奥氏体的转化。将淬火冷却后附件回火加热到610℃，并保温60min，然后，再次进行水冷，此回火温度比常见高温回火的温度提高约50℃，一是为了满足船级社提高回火温度的新标准要求，二是有利于材料中碳化物的析出和分布。而控制附件的保温时间能够实现预期的材料内部组织的转变，增加回火时间可以使合金元素充分溶解，从而提高附件的综合力学性能。

根据船级社规范要求，对2 号试验附件进行取样进行微观试验。微观试样需使用4%硝酸酒精进行腐蚀，用Leica DM2300 显微镜进行观察。根据美国材料与试验协会标准ASTM E112《测定平均粒度的标准试验方法》，测定奥氏体晶粒达到8 级，满足船级社要求。从图4 中可以看出，材料组织主要为回火索氏体组织比较均匀，保证了产品的宏观力学性能。

图4 2#试样金相组织

3 结语

通过试验研究了不同热处理参数对R6 系泊链附件性能的影响，通过合适的热处理工艺进行热处理，R6 系泊链附件获得理想的综合力学性能。调质处理的R6 系泊链附件对热处理敏感性不高，能进行批量工业生产。