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摘要：A517Q用于海洋石油钻井平台的支撑部分---支撑桩腿（即主舷管）。主舷管主要由齿条板和半圆板组成。A517Q具有高强度，高韧性，抗疲劳，抗层断撕裂及良好的耐海水腐蚀，以及优良的焊接性能和冷加工性能等优点。本文结合我厂生产A517Q半圆板的生产工艺，对实际产品的性能检验，通过分析热处理工艺对A517Q性能的影响因素，得出最优热处理工艺。生产实验结果表明：当淬火温度为920℃，回火温度为620℃时，A517Q材料的硬度，屈服强度，抗拉强度，低温冲击等性能最优，是较理想的热处理工艺。
关键词：A517Q 调质处理 机械性能
1 海上石油钻井平台用钢在国民经济中的作用
钻井平台是在海洋上进行作业的特殊场所，主要用于海上石油的钻探和开采，主要包括自升式钻井平台和半潜式钻井平台。由于钻井平台服役期比船舶类高50%，采用的钢板必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蚀等。随着我国海洋开发的不断发展，对钻井平台用钢的需求量不断扩大，当前钻井平台用钢年需求总量在300万吨以上。
另外，我国海岸线广阔，海上风力资源丰富，海上风电场的建设比陆地风电场建设前景更为广阔，估计2016年我国将形成600亿左右的风电设备市场，年用钢量将在100万吨以上。
2 影响A517Q半圆板性能的主要因素
2.1 原料对性能的影响
A517Q钢板化学成分要求
2.1.1 原料中夹杂物的影响
硫 它是钢中的一种有害元素，硫含量高易产生“热脆”，故必须对钢中含硫量进行控制，实物S≤0.009。
磷 也是有害元素。低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆”，故钢中对含磷量控制较严，实物P≤0.012。
2.1.2 原料中残余气体的影响
氧 氧在钢中是有害元素。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。实物O≤20PPM。
氢 钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。使用时会发生突然断裂，造成不测事故。实物H≤2PPM.
2.1.3 原料中合金元素的影响
原料中硅、锰、铬、镍、钼等合金元素对产品的性能影响较大，故控制好合金元素的含量是非常重要的。
总之，控制好原料纯净度及合金含量是保证产品性能的必要条件。
由于我厂半圆板生产工艺以压制、热处理为主。因此下面重点研究合理的热处理工艺。
2.2 热处理工艺对性能的影响
2.2.1 淬火过程中的影响因素
（1）淬火温度
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之奥氏体化，然后快冷（大于临界冷却速度）到Ms以下进行马氏体转变的热处理工艺。因此，淬火温度的高低将直接影响材料的组织性能。若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。实际生产中，加热温度的选择要根据具体情况加以调整。
（2）保温时间
保温的目的是使工件内部温度均匀一致。加热与保温是影响淬火质量的重量环节。奥氏体化的组织形态直接影响淬火后的性能。一般奥氏体晶粒度控制在5-8级。
（3）冷却方式
要使钢中高温相--奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相--马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有一定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。
2.2.2回火过程中的影响因素
对A517Q，淬火后我们采用高温回火工艺，回火温度600～650℃，高温回火得到铁素体+细粒状渗碳体的混合物。
回火过程包括马氏体分解，碳化物析出、转化、聚集和长大铁素体回复和在结晶、残余奥氏体分解等。回火温度和保温时间直接影响产品的性能。
2.2.3其他影响因素
（1）装炉量的影响
生产中，将工件放入等距离的框架中，保证在炉中受热均匀，淬火中冷却均匀。
（2）冷却介子的温度、循环
生产中，采用水冷却，冷却水温度控制在50℃以下，采用冷却器冷却、水循环、搅拌等措施保证冷却强度及工件冷却均匀。
3 热处理工艺的制定
根据A517Q的材料特性及产品性能的要求，我们选择水淬+高温回火的热处理工艺。
3.1淬火温度的确定
设定回火温度为620℃，回火时间150分钟。采用不同的淬火温度（890℃、900℃、910℃、920℃、930℃）得出性能如下图1所示：
由图一可知，随着淬火温度的增加，A517Q的硬度、强度、延伸率和冲击功均提高，但总体上变化幅度不大。进行综合的分析之后可以确定，淬火温度为920℃。
3.2淬火保温时间的确定
设定回火温度为620℃，回火时间为150分钟，淬火温度920℃。采用不同的淬火保温时间（70、80、90、100、110分钟）其检验结果如图2所示：
由图2可知，随着淬火保温时间的增加，A517Q的硬度、强度、延伸率和冲击功变化很小。进行综合的分析之后可以确定，淬火保温时间为90
分钟。
3.3 回火温度的确定
设定淬火温度为920℃，保温时间为90分钟，水淬。选择不同的回火温度（590℃、600℃、610℃、620℃、630℃）得出性能结果如图3所示：
由此图3可知，随着回火温度的逐渐升高，A517Q的硬度和强度降低，延伸率和冲击功逐渐提高，并且变化很大。进行综合的分析之后可以确定，当回火温度为620℃时，A517Q的综合机械性能较好。
3.4 回火时间的确定
淬火温度920℃，保温时间90分钟。回火温度620℃，分别选取不同回火保温时间：140、150、160、170、180、190分钟。进行实验，结果如图4所示：
由图4可知，随着回火保温时间的增加，A517Q的硬度和强度降低，延伸率和冲击功提高。进行综合的分析之后可以确定，当回火温度为150分钟时，材料的综合机械性能较好。
4 结论
淬火温度、淬火保温时间、回火温度、回火保温时间对A517Q的组织和性能都有影响，其中回火温度和回火保温时间的影响更为显著。回火温度和保温时间增加，材料的强度降低，韧性、塑性上升，这些可作为实际生产中热处理工艺的制定和调整的依据。
最终确定A517Q的最佳调制工艺为：淬火温度920℃，淬火保温时间90分钟，回火温度620℃，回火保温时间150分钟。此工艺的机械性能如表2所示：
由此可见，该热处理工艺完全满足A517Q产品的性能指标要求。
参考文献：
[1]樊东黎等《热处理工程师手册》机械工业出版社2006.6
[2]杨秀英等《金属学及热处理》机械工业出版社2010.11
[3]高珊等《海洋平台用高强度齿条钢的研制》宝钢技术2012.5
关键词：A517Q 调质处理 机械性能
1 海上石油钻井平台用钢在国民经济中的作用
钻井平台是在海洋上进行作业的特殊场所，主要用于海上石油的钻探和开采，主要包括自升式钻井平台和半潜式钻井平台。由于钻井平台服役期比船舶类高50%，采用的钢板必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蚀等。随着我国海洋开发的不断发展，对钻井平台用钢的需求量不断扩大，当前钻井平台用钢年需求总量在300万吨以上。
另外，我国海岸线广阔，海上风力资源丰富，海上风电场的建设比陆地风电场建设前景更为广阔，估计2016年我国将形成600亿左右的风电设备市场，年用钢量将在100万吨以上。
2 影响A517Q半圆板性能的主要因素
2.1 原料对性能的影响
A517Q钢板化学成分要求
2.1.1 原料中夹杂物的影响
硫 它是钢中的一种有害元素，硫含量高易产生“热脆”，故必须对钢中含硫量进行控制，实物S≤0.009。
磷 也是有害元素。低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆”，故钢中对含磷量控制较严，实物P≤0.012。
2.1.2 原料中残余气体的影响
氧 氧在钢中是有害元素。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。实物O≤20PPM。
氢 钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。使用时会发生突然断裂，造成不测事故。实物H≤2PPM.
2.1.3 原料中合金元素的影响
原料中硅、锰、铬、镍、钼等合金元素对产品的性能影响较大，故控制好合金元素的含量是非常重要的。
总之，控制好原料纯净度及合金含量是保证产品性能的必要条件。
由于我厂半圆板生产工艺以压制、热处理为主。因此下面重点研究合理的热处理工艺。
2.2 热处理工艺对性能的影响
2.2.1 淬火过程中的影响因素
（1）淬火温度
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之奥氏体化，然后快冷（大于临界冷却速度）到Ms以下进行马氏体转变的热处理工艺。因此，淬火温度的高低将直接影响材料的组织性能。若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。实际生产中，加热温度的选择要根据具体情况加以调整。
（2）保温时间
保温的目的是使工件内部温度均匀一致。加热与保温是影响淬火质量的重量环节。奥氏体化的组织形态直接影响淬火后的性能。一般奥氏体晶粒度控制在5-8级。
（3）冷却方式
要使钢中高温相--奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相--马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有一定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。
2.2.2回火过程中的影响因素
对A517Q，淬火后我们采用高温回火工艺，回火温度600～650℃，高温回火得到铁素体+细粒状渗碳体的混合物。
回火过程包括马氏体分解，碳化物析出、转化、聚集和长大铁素体回复和在结晶、残余奥氏体分解等。回火温度和保温时间直接影响产品的性能。
2.2.3其他影响因素
（1）装炉量的影响
生产中，将工件放入等距离的框架中，保证在炉中受热均匀，淬火中冷却均匀。
（2）冷却介子的温度、循环
生产中，采用水冷却，冷却水温度控制在50℃以下，采用冷却器冷却、水循环、搅拌等措施保证冷却强度及工件冷却均匀。
3 热处理工艺的制定
根据A517Q的材料特性及产品性能的要求，我们选择水淬+高温回火的热处理工艺。
3.1淬火温度的确定
设定回火温度为620℃，回火时间150分钟。采用不同的淬火温度（890℃、900℃、910℃、920℃、930℃）得出性能如下图1所示：
由图一可知，随着淬火温度的增加，A517Q的硬度、强度、延伸率和冲击功均提高，但总体上变化幅度不大。进行综合的分析之后可以确定，淬火温度为920℃。
3.2淬火保温时间的确定
设定回火温度为620℃，回火时间为150分钟，淬火温度920℃。采用不同的淬火保温时间（70、80、90、100、110分钟）其检验结果如图2所示：
由图2可知，随着淬火保温时间的增加，A517Q的硬度、强度、延伸率和冲击功变化很小。进行综合的分析之后可以确定，淬火保温时间为90
分钟。
3.3 回火温度的确定
设定淬火温度为920℃，保温时间为90分钟，水淬。选择不同的回火温度（590℃、600℃、610℃、620℃、630℃）得出性能结果如图3所示：
由此图3可知，随着回火温度的逐渐升高，A517Q的硬度和强度降低，延伸率和冲击功逐渐提高，并且变化很大。进行综合的分析之后可以确定，当回火温度为620℃时，A517Q的综合机械性能较好。
3.4 回火时间的确定
淬火温度920℃，保温时间90分钟。回火温度620℃，分别选取不同回火保温时间：140、150、160、170、180、190分钟。进行实验，结果如图4所示：
由图4可知，随着回火保温时间的增加，A517Q的硬度和强度降低，延伸率和冲击功提高。进行综合的分析之后可以确定，当回火温度为150分钟时，材料的综合机械性能较好。
4 结论
淬火温度、淬火保温时间、回火温度、回火保温时间对A517Q的组织和性能都有影响，其中回火温度和回火保温时间的影响更为显著。回火温度和保温时间增加，材料的强度降低，韧性、塑性上升，这些可作为实际生产中热处理工艺的制定和调整的依据。
最终确定A517Q的最佳调制工艺为：淬火温度920℃，淬火保温时间90分钟，回火温度620℃，回火保温时间150分钟。此工艺的机械性能如表2所示：
由此可见，该热处理工艺完全满足A517Q产品的性能指标要求。
参考文献：
[1]樊东黎等《热处理工程师手册》机械工业出版社2006.6
[2]杨秀英等《金属学及热处理》机械工业出版社2010.11
[3]高珊等《海洋平台用高强度齿条钢的研制》宝钢技术2012.5