[发明专利]具有优异的抗氢致开裂性的钢材及其制造方法

说明书

本发明涉及在硫化氢气氛中使用的压力容器用钢材，更具体地，涉及具有优异的抗氢致开裂(HIC)性的钢材，及其制造方法。

技术领域

本公开内容涉及在硫化氢气氛中使用的压力容器用钢材，更特别地，涉及具有优异的抗氢致开裂(HIC)性(hydrogen induced cracking resistance，氢致开裂抗力)的钢材，及其制造方法。

背景技术

近来，根据用于石化制造设备、储罐等的压力容器用钢材的使用时间的增加，已经进行了设备的扩大和钢材的厚度的增加。此外，在制造大的结构时，倾向于降低碳当量(Ceq)并极度地控制杂质，以确保焊接区以及基材的结构稳定性。此外，根据包含大量H₂S的原油的产量增加，品质特性例如抗氢致开裂(HIC)性变得更加困难。

特别地，用于开采、加工、运输和储存低品质原油的所有工厂设备用钢材必然需要具有抑制由原油中的湿硫化氢引起的裂纹产生的特性。近来，由工厂设施中的事故引起的环境污染已经成为全球性问题，并且由于解决这样的环境污染需要巨大的成本，因此用于能源工业的钢材所要求的抗HIC性水平已经逐渐变得更加严格。

同时，钢材的氢致开裂(HIC)的发生原理如下。钢材的表面与包含在原油中的湿硫化氢接触，使得发生钢材的腐蚀，并且由钢材的腐蚀产生的氢原子渗透并扩散到钢材中而以原子状态存在于钢材中。渗透并扩散到钢材中的氢原子以氢气的形式分子化以产生气压，并且由于这样的气压在钢材中的弱组织(例如，夹杂物、偏析区、内部空隙等)中引起脆性裂纹。由于使用时间的流逝和连续施加负载，裂纹逐渐生长，最终导致钢材的破坏。

因此，已经开发了用于改善在硫化氢气氛中使用的钢材的抗氢致开裂(HIC)性的方法的各种技术。

这样的技术的实例包括：第一，添加元素例如铜(Cu)的方法；第二，使其中裂纹容易产生和扩展的硬化组织(例如，珠光体相等)最小化或控制所述硬化组织的形状的方法；第三，控制可以充当氢积聚和裂纹的起始点的钢中的内部缺陷(例如夹杂物和空隙)的方法；第四，经由水处理例如正火和加速冷却和回火(normalizing and acceleratedcooling and tempering，NACT)、淬火和回火(quenching and tempering，QT)、以及直接淬火和回火(direct quenching and tempering，DOT)等，通过改变加工过程以形成作为硬组织(例如回火马氏体或回火贝氏体)的基体组织来提高抗裂纹萌生性的技术。

添加铜(Cu)等的方法可以具有通过在弱酸性气氛中在钢材的表面上形成稳定的CuS涂层来抑制氢渗透到钢材中的效果，从而获得改善抗氢致开裂(HIC)性的效果。

然而，已知上述添加Cu的效果在强酸性气氛中不大，并且由于添加的Cu而发生高温开裂，使得可能在钢板的表面中引起裂纹。因此，需要诸如表面抛光的过程，并因此增加了工艺成本。

在上述技术中，使硬化组织最小化或控制硬化组织的形状的方法是通过降低在正火热处理之后在基体相中产生的带状组织的带指数(band index，B.I.)值来延迟裂纹扩展速度的方法。

在这方面，专利文献1公开了通过控制合金组成和制造条件获得了B.I.(根据美国材料试验协会(ASTM)E-1268测量)为0.25或更小的铁素体+珠光体组织，并且可以提供具有约500MPa的抗拉强度和优异的抗HIC性(NACE标准平均CLR：0)的钢。

然而，由于如上所述的使硬化组织最小化的方法主要改善了对由于HIC引起的裂纹扩展的抗性，所以存在当在钢材中存在粗的空隙等时将会降低改善对裂纹扩展的抗性的效果的风险。

同时，使用水处理例如NACT、QT、DQT和热机械控制工艺(TMCP)而不是正火热处理作为加工工艺的方法可以通过形成具有回火马氏体、回火贝氏体或其复合组织而不是铁素体+珠光体的基体相来提高基体相的强度。当基体相的强度提高时，抗裂纹萌生性提高，并且裂纹的产生频率可以相对降低。