本发明属于钢材的制备技术领域，涉及合金钢，具体涉及一种d型锚链末端卸扣用钢。
背景技术：
锚链卸扣是船用锚链或者海上平台上系泊结构件，根据卸扣的形状，可以将其分为d型、o型、q型等，其中d型末端卸扣广泛使用于海洋结构物。d型锚链末端卸扣主要连接锚卸扣和锚链，还可以将缆绳、链条连于加班眼环等装置上，d型锚链末端卸扣与锚链一样是保证船舰和海洋工程在恶劣环境下能够安全存在的生命扣。随着船舰大型化、海洋工程大型化和深海化以及受到复杂海洋环境和突发因素的影响，使得d型末端卸扣规格越来越大，但现有d型末端卸扣的性能并不能满足大型舰船和大型海洋工程的要求，同时使用环境复杂化和突发因素的不确定性，要求d型锚链末端卸扣要求有更高的强度和低温韧性，即d型锚链卸扣需要有较高的抗拉强度和低温冲击功。
查阅相关资料发现，国内外关于锚链卸扣的专利基本都为一些加工或形状设计者方面的实用新型专利，例如：中国专利cn101927373a公开了锚链肯特卸扣的加工工艺，该专利主要介绍肯特卸扣的加工工艺方面的一些优势和特点；中国专利cn202686637u公开了一种加固型锚链末端卸扣、中国专利cn202429328u公开了一种肯特锚卸扣、中国专利cn209008818u公开了一种c型卸扣、国外申请人专利cn109073044a公开了肯特卸扣，这些专利主要介绍了相关卸扣在设计方面的一些创新和优势；中国cn105839014a公开了一种起重机械卸扣用钢及其制备方法，该专利钢的化学成分的重量百分比为：c0.20～0.22％、si0.20～0.30％、mn0.60～0.70％、cr0.80～0.90％、p≤0.018％、s≤0.010％、ni≤0.10％、cu≤0.10％、mo≤0.10％、al0.028～0.040％、sn≤0.003％，其余为铁及不可避免微量杂质，其中ni cu mo≤0.18％，本发明所得钢的屈服强度≥630mpa，抗拉强度≥880mpa，延伸率11.5-14％，z向断面收缩率43-49％，u型缺口冲击功≥78j。该专利的钢种主要用于起重机行业，该发明专利仅仅为ф30mm规格钢材，并未提及大规格钢材力学性能，同时该钢种的力学性能并不能达到锚链卸扣的要求（抗拉强度≥690mpa、屈服强度≥410mpa、延伸率≥17%和断面收缩率≥40%，0℃v型冲击功≥60j）。鉴于国内外没有专门的d型末端卸扣用钢的标准和专利等，而现有的d型末端都采用的锚链钢锻制，对于小规格d型末端卸扣来说，这种锚链钢的性能可以满足，但是大规格d型末端卸扣要求更高的焊接性能以及力学性能，上述锚链钢无法满足大规格d型末端卸扣的性能要求，因此开发一种专门的、更强度、更好韧性的d型末端卸扣用钢成为迫切的现实需求。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种d型锚链末端卸扣用钢，其具有更高的强度、韧性以及耐腐蚀性，使其应用范围更广，不仅适用于普通规格的d型末端卸扣，也能满足大规格的d型锚链末端卸扣；本发明钢种对于工艺的适应性较强，在常规钢铁企业的工艺流程（转炉或电炉 炉外精炼 连铸 轧制）中都可以生产，而且生产工艺简单、成本低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
d型锚链末端卸扣用钢，由以下质量百分比的元素组成：0.30~0.34%的c、0.20~0.35%的si、1.70~1.80%的mn、0.45~0.55%的cr、0.050~0.065%的mo、0.020~0.035%的al、0~0.015%的p、0~0.008%的s、0.010~0.020%的ti、0~0.0020%的o、0~0.0002%的h、0~0.0070%的n，余量为fe。
本发明的进一步改进方案为：
d型锚链末端卸扣用钢，由以下质量百分比的元素组成：0.30~0.32%的c、0.26~0.31%的si、1.74~1.78%的mn、0.48~0.55%的cr、0.054~0.065%的mo、0.023~0.030%的al、0.0010~0.012%的p、0.002~0.005%的s、0.012~0.018%的ti、0.0009~0.0015%的o、0.00013~0.00020%的h、0.0030~0.0055%的n，余量为fe。
本发明的更进一步改进方案为：
d型锚链末端卸扣用钢，由以下质量百分比的元素组成：0.31%的c、0.26%的si、1.74%的mn、0.48%的cr、0.054%的mo、0.026%的al、0.0010%的p、0.004%的s、0.016%的ti、0.0013%的o、0.00013%的h、0.0045%的n，余量为fe。
上述d型锚链末端卸扣用钢工艺适应性强，对冶炼和轧制工艺没有特别要求，在一般的钢铁企业具有的常规工艺流程就可以生产，不需要额外增加设备和增加工人劳动强度，采用的工艺流程如下：转炉或电炉冶炼→炉外精炼→钙变性处理→连铸→轧制；
（1）冶炼：在50吨以上转炉或者电炉中冶炼，加入铁水和废钢，实现钢水脱磷和合金化；
（2）炉外精炼（lf炉精炼和真空处理）：在50吨以上的lf炉造精炼渣，实现钢水的脱硫、脱氧、脱气、成分微调和非金属夹杂物钙变性处理；
（3）连铸：在弧形连铸机上浇铸150方、200方和φ500mm大圆坯；
（4）轧制：采用冷装工艺，在压缩比≥4的条件下，经过18架、14架和7架连轧机组轧制相应规格d型锚链末端卸扣用圆钢。
本发明中，各化学元素选用理由及其在本发明中所起的作用：
c：与其他元素相比，c元素对于强度的改善效果显著，特别是抗拉强度；在调质状态下，c元素对钢材的淬透性也有很好的作用，且成本优势明显，但是c含量较高会对钢材的塑性带来不利影响。所以兼顾钢材强韧性要求，同时考虑成本控制，最后c含量取0.30~0.33%。
si：在常规的脱氧剂中，硅的脱氧能力仅次于铝和钛，但该钢中设计中添加的硅主要利用了其合金化作用，硅含量不应低于0.10%。硅在钢中常常固溶于铁素体或者奥氏体之中，能够提高钢材强度，特别是屈服强度，硅能够提高钢材淬透性、回火稳定性和抗氧化，但硅含量过高又会降低钢材塑性指标、损害钢材低温韧性、造成石墨化和钢材加热脱碳严重。综合考虑硅元素对钢材金相组织和性能的影响，在成分设计时，将si含量确定为0.20~0.35%。
mn：本钢中设计的锰元素为主要的合金元素。锰与铁可以形成固溶体，强化基体强度，锰为弱碳化物形成元素，可以从渗碳体中置换出一部分的铁；锰可以降低临界转变温度，从而细化珠光体和提高强度；锰可以强烈提高钢材的淬透性；锰可以是截面较大工件获得均匀细化的组织，对于碳含量在0.30%的钢种来说，锰含量不超过2.0%，锰含量的增加并不会显著降低钢材的塑性。所以mn含量确定为1.70~1.80%。
cr：铬能够减缓奥氏体分解速度，最终得以改善钢材的淬透性；铬可以提高钢材的强度和硬度，从铬对调质钢材力学性能的关系图可以看出，在0.6%以内，铬含量的增加对于钢材塑性影响不是很明显；铬元素的加入，在一定程度上改善了钢材耐腐蚀性能。综合考虑，确定cr含量为0.45~0.55%。
mo：钼可以提高钢材淬透性；钼与锰、铬一起可以防止钢材的回火脆化倾向；钼提高钢材的回火稳定性，使得钢材可以在较高的温度下回火，从而有效消除或者降低钢材的残余应力，提高钢材的塑性；钼还可以改善钢材的耐腐蚀性能。虽说钼对改善钢材的力学性能有较好的作用，但钼的成本较高，因此结合钼对成本的影响，本钢种成分设计中仅仅微量添加，钼含量为0.050-0.065%。
al：铝作为一种最常用的廉价脱氧剂，用于本钢中在冶炼过程中的脱氧，同时铝的存在可以平衡钢的氧，铝含量越高，钢中氧含量越低，但铝含量超过0.060%以后，钢中的氧含量变化较小；铝与钢中氮之间可以形成细小弥散分布的难容的[aln]化合物，这种化合物可以用于抑制晶粒的粗化，根据[aln]与晶粒度之间关系图可知，铝在钢中要发挥其细化晶粒的作用，铝的含量必须大于0.020%；铝含量较高也会带来很多不利的影响，其中最为不利的影响为冶炼控制上，铝含量较高时冶炼浇铸易出现结瘤。综合考虑上述因素，本发明设计铝含量为0.020~0.035%。
ti：考虑到本发明钢种在成分设计中锰含量较高的特点，在成分设计中添加一定量的钛，钛主要在本发明钢中结合钢中的部分氮，减少多余的氮元素与铝之间形成大颗粒的[aln]，因为这些大颗粒的[aln]会在晶界析出，这些析出的化合物会降低晶界的结合力，控制不当会在钢材表面产生三角口裂纹缺陷，同时适量的钛与钢中的碳、氮结合形成的碳氮化物可以提高晶粒的粗化温度，即可以细化钢的晶粒，但钛含量较高时，钛会形成一些大颗粒的化合物，从而失去细化晶粒的作用，甚至恶化钢材的低温冲击功。微量钛元素的加入也是本发明一项主要创新点，综合考虑，钛含量的范围设计为：0.010-0.020%。
[o]、[h]、[n]、p、s：本发明钢种对于该五种元素作为残余有害元素加以控制，考虑到成本因素，本发明钢种中该五种残余元素控制范围为o≤0.0020%、h≤0.0002%、n≤0.0070%、p≤0.015%、s≤0.008%。
本发明的有益效果为：
1、该发明钢种工艺适应性强，对冶炼和轧制工艺没有特别要求，在一般的钢铁企业具有的“转炉或电炉 炉外精炼 连铸 轧制”常规工艺流程就可以生产，不需要额外增加设备和增加工人劳动强度。
2、该发明钢种在成分设计中，考虑了d型末端卸扣在焊接性能，同时结合d型末端卸扣在力学性能方面的要求，对合金元素的加入量进行了适当控制，特别是昂贵元素的含量，例如钼含量控制在0.050-0.060%，可以保证原材和d型末端卸扣力学性能满足标准要求和富余量合适，且热处理调整范围大。
3、采用本发明生产的直径不大于300mm的原材整体调质处理后，原材任意部位的性能如下：抗拉强度rm=720-900mpa；屈服强度rel=530-710mpa；延伸率a=17-22%；断面收缩率z=50-60%；0℃，v型冲击功kv2=64-160j。原材锻造成的直径不大于170mm的d型锚链末端卸扣经过调质处理后，性能如下：抗拉强度rm=740-821mpa；屈服强度rel=550-629mpa；延伸率a=17-21%；断面收缩率z=50-60%；0℃，v型冲击功kv2=66-148j。本发明钢种不仅使用规格大，而且具有高强度、高低温冲击性能，同时经过客户经过多次盐水腐蚀试验，本发明钢种较现用锚链钢腐蚀速度慢。
说明书附图
图1为实施例1制得的ф300mm钢材取样位置示意图；
图2为实施例1制得的ф160mm锻材取样位置示意图；
图3为实施例2制得的ф80mm轧制钢材取样位置示意图；
图4为实施例3制得的ф35mm轧制钢材取样位置示意图。
具体实施方式
实施例1
按以下质量百分数的化学元素配置原料：
c0.32%、si0.28%、mn1.76%、cr0.52%、mo0.064%、al0.023%、p0.012%、s0.004%、ti0.015%、o0.0013%、h0.00016%、n0.0041%，余量为fe。
按以下工艺流程制备d型锚链末端卸扣用钢：
在普通转炉或者电炉中冶炼后，在lf精炼炉和真空炉中进行精炼处理，lf精炼后进行常规钙变性处理，在弧形连铸机上浇铸成方坯或者大圆坯，钢坯经过加热，在连轧机中轧制成相应规格；
具体的：
（1）冶炼：在50吨以上转炉或者电炉中冶炼，加入铁水和废钢，实现钢水脱磷和合金化；
（2）炉外精炼（lf炉精炼和真空处理）：在50吨以上的lf炉造精炼渣，实现钢水的脱硫、脱氧、脱气、成分微调和非金属夹杂物钙变性处理；
（3）连铸：在弧形连铸机上浇铸150方、200方和φ500mm大圆坯；
（4）轧制：采用冷装工艺，在压缩比≥4的条件下，经过18架、14架和7架连轧机组轧制相应规格d型锚链末端卸扣用圆钢。
本实施例中，制得的钢的规格为：浇铸断面：ф600mm，轧制钢材规格：ф300mm,锻材规格：ф160mm。
将原材和锻材整体调质处理，调质温度为910℃淬火 620℃回火，取样位置见图1和图2，原材和锻材所得力学性能如表1和表2所示。
表1原材力学性能
表2锻材力学性能
实施例2
按以下质量百分数的化学元素配置原料：
c0.30%、si0.23%、mn1.72%、cr0.46%、mo0.052%、al0.025%、p0.009%、s0.003%、ti0.013%、o0.0011%、h0.00008%、n0.0032%，余量为fe。
制备工艺同实施例1。
本实施例中，制得的钢的规格为：浇铸断面：200mm*200mm，轧制钢材规格：ф80mm。
将原材整体调质处理，调质温度为900℃淬火 600℃回火，取样位置见图3，所得力学性能如表3。
表3原材力学性能
实施例3
按以下质量百分数的化学元素配置原料：
c0.31%、si0.26%、mn1.74%、cr0.48%、mo0.054%、al0.026%、p0.0010%、s0.004%、ti0.016%、o0.0013%、h0.00013%、n0.0045%，余量为fe。
制备工艺同实施例1。
本实施例中，制得的钢的规格为：浇铸断面：150mm*150mm，轧制钢材规格：ф35mm。
将原材整体调质处理，调质温度为910℃淬火 610℃回火，取样位置见图4，所得力学性能如表4。
表4原材力学性能
使用实施例1制得的钢材热锻成规格为φ180mm的d型锚链末端卸扣，卸扣经过整体调质处理（淬火温度890℃ 回火温度630℃），所得力学性能和耐腐蚀性能分别如表5和表6。
表5原材力学性能
表6耐腐蚀性能
由上述性能数据可知，使用本发明的钢材作为d型锚链末端卸扣用钢，使用规格大，而且具有高强度、高低温冲击性能，同时经过客户多次盐水腐蚀试验，本发明钢种较现用锚链钢腐蚀速度慢。
1.d型锚链末端卸扣用钢，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：0.30~0.34%的c、0.20~0.35%的si、1.70~1.80%的mn、0.45~0.55%的cr、0.050~0.065%的mo、0.020~0.035%的al、0~0.015%的p、0~0.008%的s、0.010~0.020%的ti、0~0.0020%的o、0~0.0002%的h、0~0.0070%的n，余量为fe。
2.根据权利要求1所述的d型锚链末端卸扣用钢，其特征在于：由以下质量百分比的元素组成：0.30~0.32%的c、0.26~0.31%的si、1.74~1.78%的mn、0.48~0.55%的cr、0.054~0.065%的mo、0.023~0.030%的al、0.0010~0.012%的p、0.002~0.005%的s、0.012~0.018%的ti、0.0009~0.0015%的o、0.00013~0.00020%的h、0.0030~0.0055%的n，余量为fe。
3.根据权利要求2所述的d型锚链末端卸扣用钢，其特征在于：由以下质量百分比的元素组成：0.31%的c、0.26%的si、1.74%的mn、0.48%的cr、0.054%的mo、0.026%的al、0.0010%的p、0.004%的s、0.016%的ti、0.0013%的o、0.00013%的h、0.0045%的n，余量为fe。
技术总结