一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板制造技术

本发明专利技术公开一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板，C:0.05～0.08、Si:0.10‑0.35、Mn:0.30～0.80、P:≤0.005、S:≤0.001、Ti:0.01‑0.03、V:0.11‑0.20、N:0.015‑0.020、Ca:0.0003‑0.005、Als:0.02～0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。钢板组织为铁素体+珠光体。适用于天然气及原油输送、石油炼化及存储用容器钢板。

【技术实现步骤摘要】
一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板
本专利技术涉及一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板，特别适用于天然气及原油输送、石油炼化及存储用容器钢板。
技术介绍
抗氢致裂纹容器钢主要用于酸性环境下炼化和存储设备的建设。在酸性环境下，介质中H2S在水溶液的作用下电离成氢原子，氢原子向钢中扩散并在氢陷阱处富集成氢分子，从而产生高内压，导致氢致裂纹(HIC)，HIC可使钢板在没有明显预兆的情况下突然开裂，破坏性和危害性极大，给设备运行安全带来隐患。对于微合金化容器钢而言，非金属夹杂物和硬相界面是钢中主要的氢陷阱。而化学成分则是决定钢板抗HIC性能的关键因素。其中C、Mn、P元素的偏析极易在钢板中心形成对HIC敏感的低温转换硬质显微组织(如在铁素体+珠光体钢中出现贝氏体甚至马氏体硬相)，该硬质显微组织可成为HIC起裂源。另外，由于被轧制拉长的菱形MnS夹杂在随后的冷却后在周围造成空隙，成为氢聚集处，也易成为HIC起裂源。抗氢致裂纹(HIC)钢板主要用于管线钢和容器钢，对于容器钢而言，仅仅满足正火性能是不够的，考虑到后续的焊接及返修则要求钢板经过模拟焊后热处理后其各项性能依然满足要求。例如，CN201210331664.7《抗氢致裂纹BNS钢板及其生产方法》中，为了保证钢板具有良好的抗氢致裂纹能力，降低了钢中C含量，但由于其中并未添加其他强化元素，导致钢板经过正火后其强度较低；CN201010572979.1《抗HIC压力容器用钢Q345R-Z35特厚板及其生产方法》中虽然具有较高的C、Mn含量，但由于钢板厚度较厚，使得钢板正火后其强度相比于标准富余量不大，如经过模拟焊后热处理后，其强度有可能低于标准。针对上述情况，亟待通过新型成分设计，开发出具有良好抗氢致裂纹性的高强度正火态容器钢板。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有良好抗氢致裂纹性的高强度正火型容器钢板。本专利技术目的是通过下面的技术方案实现的：一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.08、Si:0.10-0.35、Mn:0.30～0.80、P:≤0.005、S:≤0.001、Ti:0.01-0.03、V:0.11-0.20、N:0.015-0.020、Ca:0.0003-0.005、Als:0.02～0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。所述的钢板组织为铁素体+珠光体。上述化学元素的作用分析如下：C在钢中常与其他合金元素形成碳化物起到强化作用。从保证钢板强度的角度，希望C含量保持在较高的水平上，但较高的C含量容易在钢内产生偏析，该偏析处容易生产贝氏体或马氏体硬质相，作为HIC的起点，同时。因此，将C含量限定在0.05～0.08％。Si在钢中具有脱氧作用且通过固溶强化能提高钢板强度。但如果Si含量较高，则会导致热影响区冲击韧性劣化，因此将Si含量限定在0.10-0.35％。Mn在钢中通过相变强化和固溶强化提高钢板强度，但由于其在浇铸和轧制过程中极易产生偏析现象生产贝氏体或马氏体硬质相和菱形MnS都是HIC的起点。因此将Mn限定在0.30～0.80％。P是钢中的脆化元素，同时也是极易偏析元素，故其含量越低越好。但考虑到成本因素和满足使用需求，因此P的含量控制在0.005％以下。S对HIC是极其有害元素，它与Mn生成MnS夹杂是HIC最易形成的位置，同时其对钢的低温韧性具有很大的损害，但考虑到炼钢可操作性、炼钢成本等因素，因此S含量控制在0.001％以下。Ti在钢中作为TiN析出起到提高强度作用，同时还能防止焊接时HAZ部的奥氏体晶粒粗大并促进铁素体相变。但Ti含量过多，Ti的固溶和TiC的析出导致母材和HAZ的韧性劣化。因此将Ti限定在0.01～0.03％。V作为本专利技术的主要元素，由于钢中C含量较低，因为形成的VC数量有限，这将对钢板的强度造成一定的损失，但是钢中含有一定数量的N，它将与钢中多余的V形成大量弥散分布的VN，特别是在晶界析出的稳定细微第二相使晶界没有形成枯竭带，强化并提高了晶界强度，弥补了为防止氢致裂纹而降低钢中C、Mn元素所造成的强度下降。此外，稳定的VC也能降低钢中C的活度，避免浸入钢中的H与之发生反应生成甲烷，造成钢板脱碳、鼓包、开裂，进而大幅提升了钢板抗氢致裂纹的能力。因此将V限定在0.11-0.20％。N作为本专利技术的主要元素，在钢中与Ti、V分别形成TiN和VN，提高钢板强度并细化晶粒和HAZ的韧性。但若N含量过多，则由固溶N的存在造成HAZ韧性劣化。因此N含量控制在0.015-0.020％。Ca在钢中起到控制硫化物形态的作用，具有通过形成CaS而抑制MnS的形成效果。为了得到此效果，需要使Ca含量在0.0003％以上。此外，若Ca量超过0.005％，形成CaS尺寸过大，脆性也增加，容易成为断裂裂纹源起始点。因此将Ca限定在0.0003-0.005％。Als作为钢中脱氧元素，在钢中形成AlN可有效细化晶粒，含量在0.02-0.04％较为合适。本专利技术采用氧气转炉冶炼，浇注成连铸坯后轧制成成品钢板。本专利技术在钢种成分设计上简单、合理。通过降低钢中C、Mn含量，保证钢板偏析程度较轻，而添加Ca来改变钢中夹杂物形状，上述手段将确保钢板具有较低的氢致裂纹敏感性；同时为了保证钢板具有良好的强度，在钢中添加了V-N元素，通过VN强化确保钢板在正火和模拟焊后热处理后具有良好的强韧性。具体实施方式下面结合具体实施例进行说明：本专利技术的抗氢致裂纹性能优异的容器钢板，包含成分及其百分比重量如下：C:0.05～0.08、Si:0.10-0.35、Mn:0.30～0.80、P:≤0.005、S:≤0.001、Ti:0.01-0.03、V:0.11-0.20、N:0.015-0.020、Ca:0.0003-0.005、Als:0.02～0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。根据本专利技术所设计的化学成分范围进行配料，在氧气转炉冶炼时控制好VN合金的加入时机和加入量，提高V的回收率。然后在连铸过程中采用全程保护浇注，同时配以动态轻压下。随后在5500mm宽厚板轧机轧制成25mm厚度规格的钢板，通过正火+模拟焊后热处理分别进行各项力学性能试验，其试验结果列入表2。表1实施例化学成分(wt％)表2实施例模拟焊后热处理力学性能表3晶粒度及非金属夹杂试验结果在钢板上取样进行抗氢致裂纹检测。试验按照GB/T8650-2006和NACETM0284《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》进行检测，试验所选溶液分别为A、B，试验时间96h。结果显示，裂纹敏感性CSR(％)、裂纹长度率CLR(％)和裂纹宽度率CTR(％)均为0且腐蚀后试样表面无氢鼓泡，满足标准要求。这充分说明了钢板具有优异的抗HIC性能。钢板组织为铁素体+珠光体且钢中偏析很低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.08、Si:0.10‑0.35、Mn:0.30～0.80、P:≤0.005、S:≤0.001、Ti:0.01‑0.03、V:0.11‑0.20、N:0.015‑0.020、Ca:0.0003‑0.005、Als:0.02～0.04，其余为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种抗氢致裂纹性能优异的容器钢板，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.08、Si:0.10-0.35、Mn:0.30～0.80、P:≤0.005、S:≤0.001、Ti:0.01-0.03、V:0.11...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡昕明，欧阳鑫，隋轶，王储，艾芳芳，孙杭，马明，张健，王勇，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21