D0I:10.13374/i.issnl001t03.2009.12.018 第31卷第12期 北京科技大学学报 Vol.31 No.12 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 合金元素对R5系泊链钢中平衡析出相的影响 曹瑞芳2)王福明2)李长荣) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学生态与循环治金教育部重点实验室，北京100083 3)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用Thermo-Cale热力学计算软件，对R5系泊链钢在400~1600℃存在的平衡析出相进行了热力学计算，并讨论了 合金元素对平衡析出相的影响.结果表明，R5系泊链钢中平衡析出相主要为M2sC6、M6C、MX和AIN,其中M为Cr,Fe、Mn、 Mo、Nb、Ni和V等，X为C、N和空位Va等.在此基础上讨论了合金元素C,Cr、Mo和Nb对M23C6相、M6C相及MX相的平 衡摩尔含量和平衡析出温度的影响，优化了新型R5系泊链钢的合金体系及热处理工艺，提出新型R5系泊链钢的最佳热处理 工艺为920士30℃淬火和600士30℃回火，其中金属元素Ma的质量分数以0.45%为佳. 关键词系泊链钢：平衡析出相：热处理：热力学计算 分类号TG142.1+3 Effects of alloying elements on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel CAO Rui-fang2).WANG Fuming2).LI Chang-rong) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Key Lab of the Ministry of Education of China for Ecologic Recycle Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083, China 3)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel in the temperature range of 400 to 1600C were cal- culated using thermodynamic software Thermo-Cale.The effects of alloying elements on these equilibrium precipitated phases were studied.The results show that main equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel at temperatures of 400 to 1600 C are M23C6.M6C.MX and AlN.where M represents Cr.Fe.Mn.Mo.Nb.Ni and V.and X is C.N and vacancy.On this basis the influences of alloying elements C.Cr,Mo and Nb on the equilibrium mole fraction and initial precipitated temperature of M23C6.M6C and MX phases were discussed.The composition system and heat treatment condition of new R5 offshore mooring chain stee were optimized.The optimized heat treatment process is quenching at 03C and tempering at 600C,and the opti mum content of metal element Mo is 4.3%. KEY WORDS mooring chain:equilibrium precipitates:heat treatment:thermodynamic calculation 系泊链主要用于海洋石油开采浮式生产系统、 和MsC相(M以Cr和Fe为主)以及MX相(M以 半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮 Nb为主，X以C、N为主)的析出强化作用，在保证 等海洋开发设施，随着海洋航运事业的发展及开发 焊接性能同时，使钢的抗拉强度达到1OO0MPa以 海洋资源与国防建设的需要，海洋工程对系泊链的 上，RL/Bm(屈强比)在0.92以下，其强韧性得到最 需求也随着增加，对它们的性能要求也越来越 佳的匹配效果.为了达到上述性能要求，该钢要经 高山.R5系泊链钢是目前系泊链产品中最高的级 过合适的调质热处理，选择合理的淬火加热温度以 别，是一种低合金高强度调质钢，充分发挥了M23C6 及高温回火温度，充分发挥合金元素的作用，满足工 收稿日期：2009-06-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50874007):北京市教有委员会共建项目专项资助课题 作者简介：曹瑞芳(l983一)，女，硕士研究生；王福明(1963-)，男，教授，博士生导师，Emal:wangfuming@metall.ustb:cd:cm合金元素对 R5系泊链钢中平衡析出相的影响 曹瑞芳1‚2） 王福明1‚2） 李长荣3） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室‚北京100083 3） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 采用 T hermo－Calc 热力学计算软件‚对 R5系泊链钢在400～1600℃存在的平衡析出相进行了热力学计算‚并讨论了 合金元素对平衡析出相的影响．结果表明‚R5系泊链钢中平衡析出相主要为 M23C6、M6C、MX 和 AlN‚其中 M 为 Cr、Fe、Mn、 Mo、Nb、Ni 和 V 等‚X 为 C、N 和空位 Va 等．在此基础上讨论了合金元素 C、Cr、Mo 和 Nb 对 M23C6 相、M6C 相及 MX 相的平 衡摩尔含量和平衡析出温度的影响‚优化了新型 R5系泊链钢的合金体系及热处理工艺‚提出新型 R5系泊链钢的最佳热处理 工艺为920±30℃淬火和600±30℃回火‚其中金属元素 Mo 的质量分数以0∙45％为佳． 关键词 系泊链钢；平衡析出相；热处理；热力学计算 分类号 TG142∙1＋3 Effects of alloying elements on equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel CA O Ru-i f ang 1‚2）‚W A NG Fu-ming 1‚2）‚LI Chang-rong 3） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） Key Lab of the Ministry of Education of China for Ecologic ＆ Recycle Metallurgy‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚ China 3） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT Equilibrium precipitated phases in R5offshore mooring chain steel in the temperature range of400to1600℃ were cal￾culated using thermodynamic software T hermo-Calc．T he effects of alloying elements on these equilibrium precipitated phases were studied．T he results show that main equilibrium precipitated phases in R5 offshore mooring chain steel at temperatures of 400 to 1600℃ are M23C6‚M6C‚MX and AlN‚where M represents Cr‚Fe‚Mn‚Mo‚Nb‚Ni and V‚and X is C‚N and vacancy．On this basis the influences of alloying elements C‚Cr‚Mo and Nb on the equilibrium mole fraction and initial precipitated temperature of M23C6‚M6C and MX phases were discussed．T he composition system and heat treatment condition of new R5offshore mooring chain steel were optimized．T he optimized heat treatment process is quenching at 920±30℃ and tempering at 600±30℃‚and the opti￾mum content of metal element Mo is4∙3％． KEY WORDS mooring chain；equilibrium precipitates；heat treatment；thermodynamic calculation 收稿日期：2009-06-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50874007）；北京市教育委员会共建项目专项资助课题 作者简介：曹瑞芳（1983－）‚女‚硕士研究生；王福明（1963－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：wangfuming＠metall．ustb．edu．cn 系泊链主要用于海洋石油开采浮式生产系统、 半潜式钻井平台、单点系泊结构和浮式生产储油轮 等海洋开发设施．随着海洋航运事业的发展及开发 海洋资源与国防建设的需要‚海洋工程对系泊链的 需求也随着增加‚对它们的性能要求也越来越 高［1］．R5系泊链钢是目前系泊链产品中最高的级 别‚是一种低合金高强度调质钢‚充分发挥了 M23C6 和 M6C 相（M 以 Cr 和 Fe 为主）以及 MX 相（M 以 Nb 为主‚X 以 C、N 为主）的析出强化作用‚在保证 焊接性能同时‚使钢的抗拉强度达到1000MPa 以 上‚ReL／Rm（屈强比）在0∙92以下‚其强韧性得到最 佳的匹配效果．为了达到上述性能要求‚该钢要经 过合适的调质热处理‚选择合理的淬火加热温度以 及高温回火温度‚充分发挥合金元素的作用‚满足工 第31卷 第12期 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．12 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．12．018