[发明专利]一种抗应力腐蚀高强度钢及其控轧控冷工艺

说明书

本发明提供一种抗应力腐蚀高强度钢及其控轧控冷工艺，属于金属材料技术领域。该高强度钢化学成分质量百分比为：C≤0.06％，Si：0.20‑0.30％，Mn：1.5‑1.9％，P≤0.010％，S≤0.006％，Cr：0.20‑0.50％，Ni：0.20‑0.30％，Cu：0.20‑0.50％，Nb：0.03‑0.06％，N：0.004‑0.01％，其余为Fe，并且Nb和N的质量百分比满足：6≤Nb/N≤8。该高强度钢的控轧控冷工艺首先对连铸坯加热保温后进行第一阶段轧制，然后控制冷却：再开始第二阶段轧制和轧后冷却。本发明通过合理的合金成分设计和控轧控冷技术，改善钢的力学性能和抗应力腐蚀性能。按照本发明的化学成分和轧制工艺，可生产屈服强度大于550MPa级的钢，其内部纳米大量颗粒尺寸<10nm、分布均匀的Nb(C,N)析出相，使钢的力学性能及抗应力腐蚀性能显著优于普通成分和工艺生产的E550钢。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是指一种抗应力腐蚀高强度钢及其控轧控冷工艺。

背景技术

随着海洋资源的加速开采，海洋平台用钢需求量和性能要求不断提升，海洋平台用高强度钢板须具备高强度、高韧性、抗层状撕裂、抗疲劳、耐腐蚀、优良焊接性等特点。此外，由于苛刻的海洋服役环境，需对海洋平台采取阴极保护措施，当阴极保护电位控制不当时，可能会产生氢析出，析出的氢渗会透到钢的内部，加上钢的生产过程与会使钢中存在一定量的氢，从而使高强度钢在海洋服役环境存在应力腐蚀断裂的危险。因此在常规高强度海洋平台用钢生产技术的基础上，开发一种微合金化和控轧控冷技术，使生产的高强度海洋平台用钢具有优异的抗氢致应力腐蚀性能，对海洋平台的服役寿命和安全性具有重要意义。

氢陷阱能够捕获氢原子，避免氢的聚集，降低高强度钢在腐蚀和应力交互作用下发生开裂。通过微合金化和控轧控冷技术，使微合金元素的碳氮化合物在钢中大量弥散析出。利用弥散分布的碳氮化物作为可扩散性氢的陷阱，捕集钢中的氢，使钢中的氢无害化，是改善高强度钢氢致开裂型应力腐蚀性的一个新的途径。均匀、高度弥散和捕集能较大的氢陷阱，具有最强的捕集效应，能有效降低高强度钢在海洋下氢致开裂型应力腐蚀的风险。在钢中添加微合金元素Nb，通过严格的控轧控冷工艺，Nb与钢中的C、N元素能形成大量稳定、细小、弥散的析出相在钢中析出。这些细小、弥散的析出相，能通过析出强化和细化晶粒，提高钢的力学性能，还能作为高能氢陷阱捕集氢，降低钢的氢致应力腐蚀开裂的风险。要获得大量细小、弥散的Nb(C/N)析出相，需控制合理的Nb、N含量及控轧控冷工艺。合适的Nb、N含量，是形成足够量Nb(C/N)析出相的成分保证。Nb在钢中的添加量太少，难以保证析出足够的Nb(C/N)相，但添加量也不宜过多，否则形成的析出相容易长大粗化。控制合适的N量，以保证在不大量消耗钢中的C的前提下，满足形成Nb(C/N)相。合适的控轧控冷工艺制度，是形成大量、细小、弥散析出相的工艺保证。

本发明提供一种微合金化和控轧控冷技术，以生产屈服强度大于550MPa级的抗氢致开裂型应力腐蚀的海洋环境用高强度钢。

发明内容

为了提高现有钢种E550的抗氢致开裂型应力腐蚀的能力，本发明提供一种抗应力腐蚀高强度钢及其控轧控冷工艺。根据本发明制造的钢，具有不低于E550钢的力学性能以及良好的抗氢致开裂型应力腐蚀性能。

该高强度钢的化学成分质量百分比为：C≤0.06％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.5-1.9％，P≤0.010％，S≤0.006％，Cr：0.20-0.50％，Ni：0.20-0.30％，Cu：0.20-0.50％，Nb：0.03-0.06％，N：0.004-0.01％，其余为Fe。

其中，Nb和N的质量百分比满足：6≤Nb/N≤8。

该高强度钢中各元素作用如下：

碳：随着碳含量增加，钢的强度增加，而韧性、焊接性能降低。由于控轧控冷工艺和微合金化技术的应用，同时为改善焊接热影响区的性能，钢中的碳含量逐渐降低。