【摘 要】
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系泊链调质钢在海洋工程中主要起固定作用,是海洋工程设施系泊定位系统的重要组成部分。目前各大船级社认证的最高级R5系泊链调质钢虽然具有抗拉强度≥1000 MPa,-20℃冲击功≥58 J的优异性能,但还不能满足某些特殊深水工程的性能需求。研发新型的高强高韧系泊链调质钢已迫在眉睫,在深水石油开发和远洋运输等方面具有重要的实际意义和巨大的经济价值。为此,针对深水钻井平台对高级系泊链调质钢的性能需求,本研
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系泊链调质钢在海洋工程中主要起固定作用,是海洋工程设施系泊定位系统的重要组成部分。目前各大船级社认证的最高级R5系泊链调质钢虽然具有抗拉强度≥1000 MPa,-20℃冲击功≥58 J的优异性能,但还不能满足某些特殊深水工程的性能需求。研发新型的高强高韧系泊链调质钢已迫在眉睫,在深水石油开发和远洋运输等方面具有重要的实际意义和巨大的经济价值。为此,针对深水钻井平台对高级系泊链调质钢的性能需求,本研究开展了抗拉强度≥1110 MPa,-20℃冲击功≥110 J的新型（R6级）调质钢的研究工作。本文在优化设计钢中合金元素Cr、Ni成分的基础上,对新成分系泊链钢的热处理工艺进行了摸索。在实验室条件下成功开发出抗拉强度达1162 MPa,-20℃冲击功为138 J的新型系泊链调质钢,并对其工业化条件下试制的Φ90 mm棒材进行了强韧性测试。本文利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等设备对钢中马氏体和回火索氏体的微观形态及内部精细结构进行了深入的分析;通过热模拟试验研究了实验钢中过冷奥氏体的连续冷却转变行为,并对钢中贝氏体和马氏体的相变机制及动力学进行了探讨。研究结果表明:（1）实验钢的最佳热处理工艺为920℃×1 h+600℃×1.5 h,该热处理制度下,工业试制钢的抗拉强度Rm达1130 MPa,-20℃低温冲击功Akv达154 J,屈强比为0.904,实现了本课题的研究目标。（2）实验钢经过调质处理后,棒状合金渗碳体、椭球状或球状的M23C6型碳化物弥散地分布在原奥氏体晶界、原板条界及α-Fe基体上。高温回火后,组织中板条界大量消失,但α-Fe仍以板条状为主,板条状内部存在高密度位错和纳米级析出相。小角度晶界大量消失、大量纳米级析出相弥散析出、板条状α-Fe和板条内高密度位错是实验钢具有高强度、高韧性的主要原因。（3）实验钢的CCT曲线中主要存在贝氏体相区和马氏体相区,只有极小的铁素体和珠光体相区。试样冷速由0.1℃/s逐渐增大至20℃/s时,过冷奥氏体转变产物由粒状贝氏体向上/下贝氏体、再逐渐向马氏体（板条马氏体和针状马氏体）转变,钢的临界淬火速率约为2℃/s。（4）奥氏体以0.1℃/s～1℃/s缓冷至室温时,形成两种不同形态的贝氏体,即粒状贝氏体和板条状贝氏铁素体。粒状贝氏体中的多边形铁素体基体于奥氏体贫碳区以块状方式形成、长大,颗粒状组织不规则地分布在铁素体基体上。当冷速达0.7℃/s时,板条状贝氏体铁素体在原奥氏体晶界处大量形核,以板条形式向晶内长大,且板条内存在较高密度的位错。（5）冷速大于2℃/s时,过冷奥氏体发生完全的马氏体相变,相变产物为板条马氏体和针状马氏体。过冷奥氏体冷却至Ms以下时,迅速发生马氏体相变,优先转变为亚结构为高密度位错的板条马氏体;随奥氏体过冷度继续增加,富碳奥氏体转变为亚结构为高密度位错和少量孪晶马氏体的针状马氏体。此外,钢中的针状马氏体还会发生一定程度的自回火,纳米级碳化物弥散分布在马氏铁素体基体内。（6）马氏体相变动力学分析结果表明,马氏体体积分数f和温度T的关系式为f=5.33 1+1.400×10-2T。
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