抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的钢材及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种适合用作管线、耐酸(sour)材料等的厚钢材。更具体地，本发明专利技术涉及一种抗硫化物应力腐蚀开裂性优异以及抗硫化物应力腐蚀开裂扩展性优异的高强度钢材及其制造方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的钢材及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种适合用作管线、耐酸材料等的厚钢材。更具体地，本专利技术涉及一种抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，对管线钢材表面硬度上限的要求越来越高。当管线钢材表面硬度高时，不仅造成管加工时真圆度不均匀等问题，而且管表面的高硬度组织导致管加工时产生开裂或者使用环境下韧性不足的问题。另外，表面部的高硬度组织在硫化氢较多的酸性(sour)环境下会导致氢致脆性开裂，从而引发重大事故的可能性很高。
[0003]2013年，在里海某大型原油/天然气开采项目中，运行不到两周就在管表面的高硬度部分出现了硫化物应力腐蚀开裂(SSC；Sulfide Stress Cracking)，因此用复合管替换了200公里的海底管线。当时分析SSC产生原因的结果推测，是因为形成了管表面部的高硬度组织即硬点(hard spot)。
[0004]对于硬点，API标准规定长度为2英寸以上、Hv为345以上，而在DNV标准中，大小与API标准相同，但是硬度上限规定Hv为250。
[0005]另一方面，对于管线钢材，一般通过将钢坯再加热后进行热轧以及实施加速冷却来制造，在所述加速冷却过程中，表面部会不均匀地快速冷却，由此认为产生硬点(hard spot；形成高硬度组织的部分)。
[0006]采用常规水冷来制造的钢板是向钢板表面喷水，因此表面部的冷却速度相对快于中心部，由于这种冷却速度之差，表面部的硬度会高于中心部的硬度。
[0007]作为用于抑制钢材表面部形成高硬度组织的方案，可以考虑缓解水冷工艺的方案。然而，通过缓解水冷来降低表面硬度会同时伴随钢材强度下降，从而导致需加入更多合金元素等问题。另外，这些合金元素的增加也会成为增加表面硬度的原因。
[0008]专利文献1：韩国专利公开公报第1998
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028324号

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]本专利技术一方面旨在提供抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材及其制造方法，通过优化合金组分和制造条件，相较于现有厚钢板水冷材料(TMCP)，有效降低表面部的硬度。
[0011]更具体地，本专利技术一方面旨在提供超过1巴分压的高压H2S环境下的抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的屈服强度为450MPa以上的高强度钢材及其制造方法。
[0012]另外，本专利技术一方面还旨在通过优化合金组分和制造条件控制成有效降低表面部的硬度，从而提高抗硫化物应力腐蚀开裂性，同时尽量减少高压H2S环境下加快硫化物应力腐蚀开裂扩展的铬(Cr)的含量，以确保抗硫化物应力腐蚀开裂扩展性。
[0013]本专利技术的技术问题不限于上述的内容。对于本专利技术所属
的普通技术人员
而言，由本专利技术说明书的整体内容理解本专利技术的附加技术问题不会有任何困难。
[0014]技术方案
[0015]本专利技术一方面提供钢材，以重量％计，所述钢材包含碳(C)：0.02～0.06％、硅(Si)：0.1～0.5％、锰(Mn)：0.8～1.8％、铬(Cr)：小于0.05％、磷(P)：0.03％以下、硫(S)：0.003％以下、铝(Al)：0.06％以下、氮(N)：0.01％以下、铌(Nb)：0.005～0.08％、钛(Ti)：0.005～0.05％、钙(Ca)：0.0005～0.005％、以及镍(Ni)：0.05～0.3％、钼(Mo)：0.02～0.2％和钒(V)：0.005～0.1％中的一种以上、余量的Fe和不可避免的杂质，
[0016]所述Ca和S满足以下关系式1，
[0017]所述钢材的表面部微细组织由铁素体构成或者由铁素体和珠光体的复合组织构成，中心部微细组织由针状铁素体构成。
[0018][关系式1][0019]0.5≤Ca/S≤5.0其中，各元素表示重量含量。
[0020]本专利技术另一方面旨在提供钢材的制造方法，其包含：
[0021]将满足前述合金组分和关系式1的钢坯在1100～1300℃的温度下加热2小时以上的步骤；对所述加热后的钢坯进行热轧以制造热轧板材的步骤；以及所述热轧后进行冷却的步骤，
[0022]所述冷却包含1次冷却步骤；空冷步骤；以及2次冷却步骤。
[0023]所述1次冷却以5～40℃/s的冷却速度进行至所述热轧板材的表面部温度达到Ar1
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50℃～Ar3
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50℃，所述2次冷却以50～500℃/s的冷却速度进行至所述热轧板材的表面部温度达到300～600℃。
[0024]专利技术效果
[0025]根据本专利技术，在提供具有一定厚度的厚钢材时，可以有效降低表面部的硬度，从而提供抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材。
[0026]另外，根据本专利技术，可以提供一种抗硫化物应力腐蚀开裂性优异以及抗硫化物应力腐蚀开裂扩展性也优异的高强度钢材。
[0027]本专利技术的钢材不仅有利于用作管线等管材，还有利于用作耐酸材料，特别是可有效提供超过1巴分压的高压H2S环境下硫化物应力腐蚀开裂特性优异的高强度钢材。
附图说明
[0028]图1示出本专利技术的实验例中专利技术钢和比较钢的表面部微细组织和硬度。
具体实施方式
[0029]目前，供应到厚钢板材料和热轧市场的TMCP(热
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机械控制工艺，Thermo
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Mechanical Control Process)材料由于热轧后冷却时产生的必然现象(表面部的冷却速度快于中心部的现象)，具有表面部的硬度相对高于中心部的特性。
[0030]因此，随着材料的强度增加，表面部的硬度变得相对高于中心部，这样的表面部硬度增加成为加工时造成开裂或者损害低温韧性的因素。不仅如此，在应用于酸性(sour)环境的钢材的情况下，存在成为氢脆性的起点的问题。尽管存在这种现有技术的问题，目前还没有提供高压H2S环境下抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的钢材。
[0031]因此，本专利技术人认识到这种现有技术的问题，经过深入研究发现了一种钢材，从而完成了本专利技术，所述钢材具有如下特性：不仅有效抑制硬点导致的硫化物应力腐蚀开裂，而且即使产生硬点在表面部出现开裂，也不易扩展。
[0032]具体地，作为本专利技术的一个方面，本专利技术人旨在提供一种钢材，其有效降低具有一定厚度以上的厚钢材中表面部的硬度，从而确保抗开裂性和抗开裂扩展性，同时具有高强度。
[0033]经过反复的研究和实验，本专利技术人提出了一种新的冷却控制技术，不同于现有技术的常规冷却方法。由此，本专利技术人想到了通过表面部和中心部相变的二元化可以缓解表面部硬度的技术。
[0034]即，本专利技术开发出一种技术，通过加热和轧制过程中促进表层部的脱碳，可以降低表面部的淬透性，并且可以在表面部形成铁素体。与此同时，本专利技术的专利技术人发现，钢材中作为合金元素加入Cr时，抗硫化物应力腐蚀开裂扩展性会劣化。因此，本专利技术旨在提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钢材，其中，以重量％计，所述钢材包含碳(C)：0.02～0.06％、硅(Si)：0.1～0.5％、锰(Mn)：0.8～1.8％、铬(Cr)：小于0.05％、磷(P)：0.03％以下、硫(S)：0.003％以下、铝(Al)：0.06％以下、氮(N)：0.01％以下、铌(Nb)：0.005～0.08％、钛(Ti)：0.005～0.05％、钙(Ca)：0.0005～0.005％、以及镍(Ni)：0.05～0.3％、钼(Mo)：0.02～0.2％和钒(V)：0.005～0.1％中的一种以上、余量的Fe和不可避免的杂质，所述Ca和S满足以下关系式1，所述钢材的表面部微细组织由铁素体构成或者由铁素体和珠光体的复合组织构成，中心部微细组织由针状铁素体构成，[关系式1]0.5≤Ca/S≤5.0其中，各元素表示重量含量。2.根据权利要求1所述的钢材，其中，所述表面部的维氏硬度为200Hv以下。3.根据权利要求1所述的钢材，其中，所述钢材具有450MPa以上的屈服强度。4.一种钢材的制造方法，其包含：将钢坯在1100～1300℃的温度下加热2小时以上的步骤，以重量％计，所述钢坯包含碳(C)：0.02～0.06％、硅(Si)：0.1～0.5％、锰(Mn)：0.8～1.8％、铬(Cr)：小于0.05％、磷(P)：0.03％以下、硫(S)：0.003％以下、铝(Al)：0.06％以下、氮(N)：0.01％以下、铌(Nb)：0.005～0.08％、钛(Ti)：0.005～0.05％、钙(Ca)：0.0005～0.005％、以及镍(Ni)...

【专利技术属性】
技术研发人员：高声雄，裵茂锺，朴然桢，卞荣燮，白大雨，
申请(专利权)人：株式会社POSCO，
类型：发明
国别省市：