專利名稱：水下夾樁器用合金鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料，尤其涉及一種水下夾樁器用合金鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
海上石油平臺是海上油氣開采的重要設(shè)施，水下夾樁器是一種廣泛應(yīng)用于深海固定式石油平臺安裝的液壓夾具。目前，海上石油平臺安裝方法是使用鋼樁將石油平臺固定于海底，然后用水下夾樁器初步連接鋼樁和導(dǎo)管架。安裝時，要求水下夾樁器在海下200米工作過程中夾持能力達到750-1500t，且要承受深海壓力和風(fēng)浪造成的沖擊力，以及混凝土與夾樁器、夾樁器與鋼樁之間的摩擦，因此，這種水下夾樁器本身需要具有高硬度、強耐磨性以及一定的韌性，在制備工藝中則要求其材質(zhì)具有足夠的淬透性，淬火變形小。所以制備水下夾樁器材質(zhì)的主要技術(shù)問題是解決材質(zhì)的高硬度、高耐磨性和韌性之間的合理平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有產(chǎn)品存在的上述缺點，而提供一種水下夾樁器用合金鋼及其制備方法，其合金鋼的組分設(shè)計合理，并選取在合金鋼共析轉(zhuǎn)變溫度點附近進行退火軟化，使合金鋼的馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織，從而降低該合金鋼的硬度，達到軟化合金鋼，改善合金鋼切削加工性能的目的。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明水下夾樁器用合金鋼，其特征在于，該合金鋼的重量百分比是碳(C)為
0.49 % 至 0. 55 %，硅(Si)為 0. 17 % 至 0. 23 %，錳(Mn)為 0. 38 % 至 0. 44 %，鉻(Cr)為
1.57%至 1. 63%,Il (Ni)為 4. 00%至 4. 06%，鉬(Mo)為 0. 28%至 0. 34%，磷(P)為小于 0.01%，硫(S)為小于0.01%，余量為鐵(Fe)0本發(fā)明水下夾樁器用合金鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按照重量百分比碳(C)為0.49%至0.55%，硅(Si)為0. 17%至0. 23 %，錳 (Mn)為 0. 38%至 0. 44%，鉻(Cr)為 1. 57%至 1. 63%，鎳(Ni)為 4. 00%至 4. 06%，鉬(Mo) 為0.觀％至0. 34%，磷(P)為小于0.01%，硫(S)為小于0.01%，余量為鐵(Fe)進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)將合金鋼進行退火軟化。前述的水下夾樁器用合金鋼的制備方法，其中合金鋼進行退火軟化的條件是將制備好的合金鋼在熱處理爐中加熱至640°C 士20°C，并在此溫度下保溫30士5小時，然后隨爐冷卻至200°C左右從爐中取出，空冷至室溫，完成合金鋼中馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織的過程，使合金鋼具有良好的切削加工性能。本發(fā)明水下夾樁器用合金鋼及其制備方法的有益效果，選取在合金鋼共析轉(zhuǎn)變溫度點附近的640°C 士20°C保溫30士5小時后隨爐冷卻，使合金鋼的馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織，其硬度檢測值<HRC26，達到軟化合金鋼，改良合金鋼切削加工性能的目的。本發(fā)明具有工藝簡單、生產(chǎn)便捷、軟化時間短、效率高的功效。
具體實施例方式本發(fā)明水下夾樁器用合金鋼，其合金鋼的重量百分比是碳(C)為0.49%至 0. 55 %，硅(Si)為 0. 17 % 至 0. 23 %，錳(Mn)為 0. 38 % 至 0. 44 %，鉻(Cr)為 1. 57 % 至 1.63%,Il (Ni)為 4. 00%至 4. 06%，鉬(Mo)為 0. 28%至 0. 34%，磷(P)為小于 0.01%，硫 (S)為小于0.01%，余量為鐵(Fe)0本發(fā)明水下夾樁器用合金鋼的制備方法，其包括以下步驟(1)按照重量百分比碳(C)為0.49%至0.55%，硅(Si)為0. 17%至0. 23%，錳 (Mn)為 0. 38%至 0. 44%，鉻(Cr)為 1. 57%至 1. 63%，鎳(Ni)為 4. 00%至 4. 06%，鉬(Mo) 為0.觀％至0. 34%，磷(P)為小于0.01%，硫(S)為小于0.01%，余量為鐵(Fe)進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)將合金鋼進行退火軟化。上述水下夾樁器用合金鋼的制備方法，其中合金鋼進行退火軟化的條件是將制備好的合金鋼在熱處理爐中加熱至640°C 士20°C，并在此溫度下保溫30士5小時，然后隨爐冷卻至200°C左右從爐中取出，空冷至室溫，完成合金鋼中馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織的過程，使合金鋼具有良好的切削加工性能。實施例一(1)按照重量百分比碳(C)為0.49%，硅(Si)為0.17%，錳(Mn)為0.38%，鉻 (Cr) % 1.57%,Il (Ni)為 4. 00%，鉬(Mo)為 0. %，磷(P)為小于 0.01%，硫(S)為小于 0.01%，余量為鐵(Fe)進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)對得到的鑄態(tài)合金鋼試樣做金相組織觀察，發(fā)現(xiàn)其組織為貝氏體和馬氏體的混合組織。(4)硬度檢測值為HRC52。實施例二 (1)按照重量百分比碳(C)為0.50%，硅(Si)為0.20%，錳(Mn)為0.40%，鉻 (Cr) % 1.60%,Il (Ni)為 4. 00%，鉬(Mo)為 0.30%，磷(P)為小于 0.01%，硫(S)為小于 0.01%，余量為鐵(Fe)進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)對合金鋼進行退火軟化處理。退火軟化條件是將合金鋼在熱處理爐中加熱至640°C，并在此溫度下保溫30小時，然后隨爐冷卻至200°C左右，從爐中取出，空冷至室溫，即完成合金鋼中馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織過程，獲得良好的切削加工性能。(4)硬度檢測值小于HRa6。實施例三(1)按照重量百分比碳(C)為0.55%，硅(Si)為0.23%，錳(Mn)為0.44%，鉻 (Cr)為 1.63%,Il (Ni)為 4. 06%，鉬(Mo)為 0. 34%，磷(P)為小于 0.01%，硫(S)為小于0.01%，余量為鐵(Fe)進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)對合金鋼進行退火軟化處理。退火軟化條件是將合金鋼在熱處理爐中加熱至650°C，并在此溫度下保溫35小時，然后隨爐冷卻至200°C左右，從爐中取出，空冷至室溫，即完成合金鋼中馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織過程，獲得良好的切削加工性能。(4)硬度檢測值小于服以6。本發(fā)明水下夾樁器用合金鋼及其制備方法通過設(shè)計合理的合金組分和退火軟化工藝，從而有效降低合金鋼的硬度，改善切削加工性能。一般來說，軟化主要從基體和第二相兩方面考慮。實現(xiàn)鐵素體基體相的軟化，需降低或消除固溶強化、細晶強化等強化因素的強化作用，主要是減少合金元素和雜質(zhì)元素的原子固溶強化作用；減少位錯密度；粗化晶粒，減少相界面積等。除鐵素體的硬度外，碳化物形態(tài)、數(shù)量、大小、分布對退火硬度起著重要作用。鋼的化學(xué)成分一定時，主要考慮的是后者。碳化物呈顆粒狀分布較其呈片狀分布具有更低的硬度，這是由于相同含碳量的鋼，粒狀珠光體具有較少的相界面，其硬度低，塑性高。合金中，當(dāng)?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相中，將起到顯著的強化效果。當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ铀俭w積分數(shù)一定，粒子半徑越小， 粒子數(shù)量就越多，粒子間距也就越小，強化作用越大。對于成分一定的鋼，退火碳化物的體積分數(shù)是固定的，因此，主要是通過增大碳化物顆粒的平均直徑，從而有效地降低硬度。在退火時，隨著溫度的升高，合金中各種元素的擴散能力增強，合金的組織開始發(fā)生轉(zhuǎn)變。原鑄態(tài)組織中馬氏體內(nèi)的C原子分布在體心立方的扁八面體間隙中，造成了很大的彈性畸變，而且馬氏體內(nèi)含有較多的位錯，因此馬氏體是一種亞穩(wěn)組織。隨加熱溫度的升高及保溫時間的延長，馬氏體分解為低碳的α相和彌散的碳化物，α相經(jīng)回復(fù)和再結(jié)晶形成多邊形的鐵素體，碳化物則在聚集、長大過程中與母相失去共格關(guān)系，并逐漸形成粗粒狀的滲碳體。由于粒狀顆粒相對于板條狀易于位錯的滑移，從而使硬度有較大程度的降低。而鑄態(tài)組織中的貝氏體是由鐵素體和滲碳體組成的非層片狀組織。在退火時，只需要Cle原子經(jīng)過短距離的擴散，便形成最終退火后的索氏體組織，達到降低硬度的目的。退火軟化工藝的設(shè)計是針對目前類似成分合金鋼軟化處理方法的缺陷進行的改進，現(xiàn)有合金鋼的退火軟化處理方法有兩種，一種是將鋼材加熱到750°C至770°C保溫他至 12h，然后爐冷至670°C至690°C保溫60h，出爐至室溫，鋼材硬度可降低到HB250 270 ；這種方法軟化周期長、生產(chǎn)效率低、能耗大、成本高、氧化燒損大。另一種是將鋼材經(jīng)860°C奧氏體化，保溫lh，再以30°C /h的冷速冷卻到640°C，等溫2 后緩冷。這種方法得到的鋼材球化組織不均勻、工藝復(fù)雜。因此，本發(fā)明針對上述兩種退火軟化存在的缺陷，選取在臨界點附近的640°C 士20°C，保溫30h±^!，后隨爐冷卻，即保證在鐵素體區(qū)進行退火，避免在奧氏體區(qū)退火得到對加工性能不利的片狀珠光體，可消除殘留的鑄態(tài)組織，使馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織，硬度檢測值< HRC26，達到軟化的目的。這種方法工藝簡單、生產(chǎn)便捷、軟化時間短，而且效率高。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水下夾樁器用合金鋼，其特征在于，該合金鋼的重量百分比是碳(C)為0.49% 至 0. 55%，硅(Si)為 0. 17%至 0. 23%，錳(Mn)為 0. 38%至 0.44%，鉻(Cr)為 1. 57%至 1.63%,Il (Ni)為 4. 00%至 4. 06%，鉬(Mo)為 0. 28%至 0. 34%，磷(P)為小于 0.01%，硫 (S)為小于0.01%，余量為鐵(Fe)0
2.一種如權(quán)利要求1所述的水下夾樁器用合金鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按照重量百分比碳(C)為0.49%至0.55%，硅(Si)為0. 17%至0. 23%，錳(Mn) 為 0. 38%至 0.44%，鉻(Cr)為 1.57%至 1.63%，鎳(Ni)為 4. 00%至 4. 06%，鉬(Mo)為 0. 28%至0. 34%，磷(P)為小于0.01%，硫(S)為小于0. 01 %，余量為鐵(Fe)進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)將合金鋼進行退火軟化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下夾樁器用合金鋼的制備方法，其特征在于，所述合金鋼進行退火軟化的條件是將制備好的合金鋼在熱處理爐中加熱至640°C 士20°C，并在此溫度下保溫30士5小時，然后隨爐冷卻至200°C左右從爐中取出，空冷至室溫，完成合金鋼中馬氏體和貝氏體的混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織的過程，使合金鋼具有良好的切削加工性能。
全文摘要
一種水下夾樁器用合金鋼及其制備方法，該水下夾樁器用合金鋼的重量百分比是碳為0.49％至0.55％，硅為0.17％至0.23％，錳為0.38％至0.44％，鉻為1.57％至1.63％，鎳為4.00％至4.06％，鉬為0.28％至0.34％，磷為小于0.01％，硫為小于0.01％，余量為鐵(Fe)；水下夾樁器用合金鋼的制備包括以下步驟(1)按照水下夾樁器用合金鋼的重量百分比進行配料；(2)通過中頻感應(yīng)爐熔煉制備合金鋼；(3)將合金鋼進行退火軟化；在合金鋼共析轉(zhuǎn)變溫度點附近退火軟化，使合金鋼馬氏體和貝氏體混合組織轉(zhuǎn)變成索氏體組織，從而降低該合金鋼的硬度，達到軟化合金鋼，改善合金鋼切削加工性能的目的。
文檔編號C21D1/32GK102212759SQ20111013904
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者于文太, 吳子全, 弓海霞, 朱紹華, 李懷亮, 李新林, 梁學(xué)先, 王立權(quán), 王香 申請人:中國海洋石油總公司, 哈爾濱工程大學(xué), 海洋石油工程股份有限公司