[发明专利]抗氢致开裂性优异的压力容器用钢材及其制造方法

说明书

本发明的一实施方案提供一种压力容器用钢材，以重量％计包含：碳(C)：0.06‑0.25％、硅(Si)：0.05‑0.50％、锰(Mn)：1.0‑2.0％、铝(Al)：0.005‑0.40％、磷(P)：0.010％以下、硫(S)：0.0010％以下、铌(Nb)：0.001‑0.03％、钒(V)：0.001‑0.03％、钛(Ti)：0.001‑0.03％、铬(Cr)：0.01‑0.20％、钼(Mo)：0.05‑0.15％、铜(Cu)：0.01‑0.50％、镍(Ni)：0.05‑0.50％、镁(Mg)：0.0005‑0.0050％、钙(Ca)：0.0005‑0.0050％、氧(O)：0.0020％以下、余量Fe以及其它不可避免的杂质，微细组织以面积分数计包含：珠光体：30％以下以及余量铁素体，非金属夹杂物含有Mg‑Al‑Ca‑O复合氧化物。

技术领域

本发明涉及抗氢致开裂性优异的压力容器用钢材及其制造方法。

背景技术

近来，用于石化制造设备、储罐等的压力容器钢材，随着使用时间增加，设备不断大型化、钢材不断变厚，在制造大型结构物时，为了确保母材及焊接部分的稳定性，降低碳当量(Ceq)及尽量控制杂质成为趋势。

此外，由于大量含有H₂S的原油的产量增加，对抗氢致开裂(HIC)的品质特性的要求越来越苛刻。

特别是，用于开采、处理、输送、储存低品质原油的整套固定设备的钢材也必须要求具有抑制原油中的湿硫化氢导致的裂纹的特性。

而且，固定设备的事故导致的环境污染成为全球性问题，而且重建需要的费用是天文数字，因此对用于能源产业的钢铁材料的抗氢致开裂性的要求逐渐变得严格起来。

钢材的氢致开裂(HIC)的产生原理如下。

随着钢板与原油中含有的湿硫化氢接触会产生腐蚀，因该腐蚀而产生的氢原子渗入扩散到钢内部并以原子状态存在。以后，在钢内部所述氢原子以氢气形式分子化而产生气压，由于该压力，在钢内部的脆弱组织(例如，夹杂物、偏析带、内部空隙等)中产生脆裂，这种裂纹逐渐生长，当超过材料所能承受的强度时会发生破裂。

由此，作为提高硫化氢气氛下使用的钢材的抗氢致开裂性的方案提出如下的技术。

第一种方法是加入铜(Cu)等元素的方法；第二种方法是将裂纹容易产生及扩展的硬化组织(例如，珠光体相等)尽量减少或者控制其形状的方法；第三种方法是改变加工工艺，通过TMCP(热加工控制法)、NACT(正火/加速冷却/回火)、QT(淬火/回火)、DQT(值接淬火/回火)等多道处理使基体组织变成回火马氏体(Tempered Martensite)、回火贝氏体(Tempered Bainite)等硬质组织，以增加对裂纹开始的抵抗性的方法；第四种方法是控制可能成为氢聚集及裂纹起始点的钢内部夹杂物及空隙等内部缺陷的方法。

作为第一种方法，所述添加铜的方法通过在弱酸性环境下在材料表面形成稳定的CuS覆膜，从而具有减少氢渗入到材料内部的效果，进而提高抗氢致开裂性。然而，众所周知在强酸性环境下，这种基于添加铜的效果不大，并且因添加铜会导致高温开裂，而在钢板表面产生裂纹，因此存在增加表面研磨等工艺成本的问题。

作为第二种方法，使硬质组织最小化或控制形状的方法主要是为了通过降低在正火热处理之后在基体上出现的带状组织的带指数(bandindex，B.I.)来延迟裂纹的扩展速度。

关于此，专利文献1公开了可以通过以下获得具有500MPa的抗拉强度等级和抗氢致开裂性优异的钢：通过控制板坯的合金组成并经由加热工艺、热轧工艺和室温下的空气冷却工艺、在从Ac1至Ac3的相变点的加热工艺来处理板坯，然后对板坯进行缓慢冷却工艺，以形成具有0.25或更小的带指数的铁素体+珠光体微细组织。