一种自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火方法

摘要

一种用于自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火方法，属于钢板热处理技术领域。其技术方案是：第一阶段淬火加热温度为AC3+50~80℃，均热保温1.5~2.0min/mm，然后快速冷却淬火；第二阶段淬火将钢板重新加热至AC1-10~20℃，保温0.8~1.2min/mm,然后以≥180℃/h升温速度升至AC3+100℃，短时保温0.2~0.3min/mm，之后再将温度降至AC3+20~30℃，保温1.5~1.8min/mm，然后快冷淬火。本发明的大厚度齿条钢板内部整个厚度截面上的组织均匀，趋于一致，尤其是板厚1/2处马氏体比例达90%以上，为后续回火奠定良好的组织基础，使钢板获得良好的强韧性匹配。

说明书

技术领域

本发明涉及一种自升式海洋平台桩腿的大厚度齿条钢板淬火工艺，属于大厚度钢板的热处理控制技术领域。

背景技术

自升式海洋平台桩腿齿条用钢是整个平台升降装置的关键材料，需要承载平台上的整个重量，因此要求具有大厚度、高强度、高硬度、高韧性。一般屈服强度≥690MPa，抗拉强度790~930MPa，板厚1/2、1/4处的-40℃纵、横冲击均大于69焦，布氏硬度满足260HB以上。随着工作海域深度的增加，所用齿条厚度也随之增加，最厚钢板使用规格达210mm。另外为满足一定的可焊性，一般碳当量＜0.78%。

理论和生产实践均表明，随着热处理钢板厚度的增加，钢板强韧性匹配变得越困难，尤其是用在自升式海洋平台桩腿的齿条钢板，不仅厚度厚，同时还要求板厚1/2处的强韧性匹配，这就对钢板在整个厚度截面上组织均匀性、梯度组织控制上提出更高的要求。目前这种钢板采用传统的淬火工艺容易产生以下问题：（1）该钢板化学成分组成为Ni-Cr-Mo合金钢，淬火过程中容易造成组织遗传，导致钢板晶粒粗大，组织不均匀、混晶等问题，一般晶粒度仅为3.5~5级。（2）为保证一定的可焊性，钢板碳当量较低，随着钢板厚度的增加，淬透层深度受到一定的限制，板厚1/2处很难完全淬透，一般板厚中心马氏体比例仅为20%~30%，强韧性难以匹配。因此，传统的热处理工艺不能达到钢板性能的要求，必须在热处理过程中对钢板厚度截面上的组织进行更有效的调控，以使钢板获得良好强韧性，这是目前行业内长期没有解决的问题，急需加以解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火工艺，这种淬火工艺能够根据钢板不同厚度规格对应的化学成分，采用不同的加热温度，使之满足钢板内部组织的需求并有助于晶粒细化的改善，以使钢板不同厚度层组织均匀细小，组织性能趋于一致，获得良好的强韧性匹配要求。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火方法，淬火过程采用两阶段淬火工艺：第一阶段淬火加热温度为AC3+50~80℃，均热保温1.5~2.0min/mm，然后快速冷却淬火；第二阶段淬火将钢板重新加热至AC1-10~20℃，保温0.8~1.2min/mm,然后以≥180℃/h升温速度升至AC3+100℃，短时保温0.2~0.3min/mm，之后再将温度降至AC3+20~30℃，保温1.5~1.8min/mm，然后快冷淬火。

上述自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火方法，所述第一阶段淬火保温温度为910~930℃。

上述自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火方法，所述第二阶段淬火加热前先进行回火，回火温度为640~670℃。

上述自升式海洋平台桩腿齿条钢板的淬火方法，所述第二阶段淬火高温段的保温温度940~960℃，低温段的保温温度为880~900℃。

本发明的有益效果是：

本发明采用了两个阶段淬火的新工艺，这种淬火工艺能够根据钢板不同厚度规格对应的化学成分，采用不同的加热温度，使大厚度齿条钢板内部整个厚度截面上的组织均匀，趋于一致，尤其是板厚1/2处马氏体比例达90%以上，晶粒得到细化，晶粒度为7~7.5级，解决了传统淬火钢板厚度截面上组织不均匀、晶粒粗大存在混晶等问题，为后续回火奠定良好的组织基础，板厚1/2处强度提高50MPa以上，平均冲击功提高80焦耳以上，从而使钢板获得良好的强韧性匹配。

本发明的大厚度齿条钢板的淬火工艺是一种对传统钢板淬火工艺的创新，使得大厚度钢板不同厚度层的组织性能趋于一致，并满足了良好的强韧性匹配要求，解决了长期没有解决的难题，为大厚度钢板的热处理工艺的进一步发展提供了先例和经验，显著提高了企业的经济效益。

附图说明

图1是177.8mm钢板淬火工艺曲线图；

图2是210mm齿条钢板淬火工艺曲线图。

具体实施方式

本发明的淬火工艺包含两个阶段淬火：

（1）第一阶段淬火加热温度为AC3+50~80℃（AC3为该钢种的奥氏体相变终了温度），传统淬火加热温度为AC3以上30~50℃。

通过提高第一阶段淬火加热温度，使合金得到充分固溶、均匀化组织，保温1.5~2.0min/mm后进行快冷淬火，其目的是得到有晶格畸变及各种晶体缺陷，并含有高密度位错的非平衡组织，为第二阶段淬火奠定组织基础。

（2）第二阶段淬火前加热时，当钢板温度升至AC1-10~20℃时，进行短时保温，保温时间为0.8~1.2min/mm。

使钢板基体弥散析出一部分渗碳体和合金碳化物，其目的一是为第二阶段淬火加热奥氏体化提供更多的形核质点，提高奥氏体化形核率；二是析出的碳化物打破原始晶粒位向，阻断第二次淬火加热奥氏体化时的原位形核，避免产生组织遗传。

（3）在AC1-10~20℃保温后，然后以≥180℃的升温速度升至AC3+100℃，短时保温（保温时间0.2~0.3min/mm）。

快速升温其目的是在原始晶界和晶内均产生球状奥氏体，它们与原始组织不存在结晶学位向关系，球状奥氏体的产生将破坏组织遗传；AC3+100℃高过热度的目的是提高奥氏体化形核率，高的加热温度同时也会使晶粒长大，因此保温时间不宜过长，为0.2~0.3min/mm，此时的晶粒形核率大于长大速度，得到细化的初始晶粒。

（4）在AC3+100℃短时保温后将温度降至AC3+30~40℃进行保温，保温时间1.5~1.8min/mm。

目的是在奥氏体化低温区进行均匀化，然后进行淬火快冷。

以下是本发明的两个实施例。

实施例1

钢种A517GrQModified，化学成分C：0.11%、Si：0.25%、Mn：1.06%、P：0.008%、S：0.002%、Ni：2.65%、Cr：0.56%、Mo：0.55%、Nb：0.020%、V：0.045%、TAl（全铝）：0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度为177.8mm，AC1为690℃，AC3为860℃，加热曲线见图1，具体淬火工艺如下：

①第一阶段淬火：将钢板加热升温至T1段930℃，均热保温6小时，然后快速冷却淬火；

②将第一阶段淬火后的钢板重新加热升温至T2，温度为670℃，保温3小时，然后以180℃/h升温至960℃（即T3），短时保温0.5小时；

③降温至T4温度900℃，保温5.4小时，然后快速冷却淬火。

热处理钢板厚度为177.8mm，采用上述淬火工艺，钢板整个厚度截面组织均匀细小，板厚二分之一处马氏体比例达95%，较传统淬火马氏体比例提高50%以上，晶粒度为7.5级，比传统淬火提高2级以上。钢板中心1/2处强度提高50MPa，-40℃平均冲击功提高80焦耳以上，钢板强韧性得到良好的匹配。

实施例2

钢种E690，化学成分C：0.10%、Si：0.27%、Mn：1.03%、P：0.004%、S：0.001%、Ni：3.35%、Cr：0.73%、Mo：0.71%、Nb：0.015%、V：0.045%、TAl（全铝）：0.053%，余量为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度为210mm，AC1为675℃，AC3为850℃，加热曲线见图2，具体淬火工艺如下：

①第一阶段淬火：将钢板加热升温至T1段920℃，均热保温7小时，然后快速冷却淬火；

②将第一阶段淬火后的钢板重新加热升温至T2，温度为660℃，保温3.5小时，然后以180℃/h升温至950℃（即T3），短时保温0.7小时；

③降温至T4温度900℃，保温6.3小时，然后快速冷却淬火。