[发明专利]低合金钢

说明书

技术领域

本发明涉及低合金钢。尤其是涉及焊接后热处理后的焊接热影响部对于湿润硫化氢环境下的应力腐蚀开裂等由氢引起的脆化具有优异的耐性的低合金钢。

背景技术

海底油田开发中，为了在从设置于海底的油井或天然气井到海上的平台之间、或者在从平台到陆地上的精制基地之间输送原油或天然气，使用了被称为立管、出油管、干管等的钢管。另一方面，随着世界性的化石燃料的枯竭，含有大量具有腐蚀性的硫化氢的油田的开发逐渐兴起。关于用来输送从这种含腐蚀性气体的油田中开采的原油或天然气的钢管，存在发生由被称为氢致开裂(HIC：Hydrogen Induced Cracking、以下称为“HIC”)和硫化物应力腐蚀开裂(SSC：Sulfide Stress Cracking、以下称为“SSC”)的腐蚀反应生成的氢引起脆化造成破坏的情况。自古以来提出了许多基于改善HIC耐性和SSC耐性的观点而开发的钢。

例如，专利文献1提出了如下的钢：实质上不含有Ni、Cu和Ca，并且规定制造时的热历程和热处理条件，由此具备优异的HIC耐性。另外，专利文献2提出了由于必须添加Cr、Ni及Cu而具有HIC耐性和SSC耐性的钢。此外，专利文献3提出了通过将C、Ti、N、V和O量规定为特定范围而提高了HIC耐性和SSC耐性的钢。

顺便一提，铺设由这些钢形成的钢管等、使用这些钢组装结构物时一般进行焊接施工。然而，例如非专利文献1所记载的那样，公知SSC感受性随着硬度的增大而增大。钢受到焊接导致的加热时，在所谓的焊接热影响部(以下称为“HAZ”)出现发生硬化的部分。其结果，无论怎样提高钢自身的HIC耐性和SSC耐性能，在实际应用方面作为焊接结构物大多情况下得不到充分的性能。

为此，近年来还如专利文献4所记载的那样，提出了如下的高强度钢：通过减少C和Mn量并且含有0.5％以上的Mo，从而抑制焊接热影响部的硬化，使母材及HAZ兼备HIC耐性和SSC耐性。

焊接后热处理(以下称为“PWHT”)作为降低焊接热影响部的硬度的方法被广泛应用于压力容器等所大量采用的Cr-Mo钢或马氏体系不锈钢。例如，专利文献5提出了以实施每1英寸壁厚1小时的PWHT为前提的、含有0.5％以上的Cr的低合金钢。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平5-255746号公报

专利文献2:日本特开平6-336639号公报

专利文献3:日本特开2002-60894号公报

专利文献4:日本特开2010-24504号公报

专利文献5:日本特开2007-321228号公报

非专利文献

非专利文献1:小若正伦、金属的腐蚀损伤及防蚀技术(金属の腐蚀損傷と防食技術)、1983年8月25日、Agne Corporation刊发、198页

发明内容

发明要解决的问题

虽然采用专利文献4记载的发明能够抑制焊接热影响部的硬化、使母材及HAZ兼备HIC耐性和SSC耐性，但Mo是昂贵的元素，因此期盼不需要很大的成本地改善HAZ的耐氢脆特性的方法。

如专利文献5所记载的那样，PWHT具有一定的效果，但由于管线铺设的过程中在海上的船上进行焊接施工等注重效率，所以通常不实施PWHT，而应用的情况下也期望PWHT的应用是极短时间的。

本发明的目的在于提供实施了PWHT、尤其是短时间的PWHT的HAZ在湿润硫化氢环境下等具有优异的耐氢脆特性的低合金钢。

用于解决问题的方案

本发明人等为了弄清用于提高实施了PWHT的钢材的HAZ的耐氢脆特性的必要条件，首先对焊接状态的HAZ的氢脆进行了调查。结果认为HAZ的氢脆是由于下述机理产生的。

即，钢暴露于含硫化氢的腐蚀环境的情况下，腐蚀反应造成氢侵入到钢中。该氢能够在钢的晶格中自由地移动、被称为所谓扩散性氢。侵入的扩散性氢集聚在属于晶格中的一种缺陷的位错或空位、以及渗碳体等碳化物与基质的界面的点阵应变(lattice strain)，使钢脆化。尤其，HAZ经历焊接的热历程而被加热至高温、被快速地冷却、成为淬火状态的马氏体或贝氏体组织，因而与经过调质的母材相比，能够捕获氢的位错和空位高密度地存在，而且渗碳体也是分散的。因此，认为HAZ的氢脆感受性高于母材。