CN103276295A - 具有抗氢致开裂性的钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有抗氢致开裂性的钢板及其生产方法。该钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.03～0.08%，Si0.10～0.35%，Mn0.20～1.20%，P≤0.013%，S≤0.010%，Nb0.001～0.10%，Ti0.002～0.020%，Mo≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni0.90～3.0%，Al≤0.060%，Cu0.15～0.30%，V0.013～0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质。生产工艺采用控轧控冷工艺。本发明制得钢板具有抗氢致开裂性。

Description

具有抗氢致开裂性的钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种具有抗氢致开裂性的钢板及其生产方法。
背景技术
腐蚀是指金属材料在周围环境（介质）的作用下（主要是化学或电化学反应）发生的破坏和变质的现象，它是一种自发进行的冶金逆过程；有时还包括机械或生物作用，如应力腐蚀和微生物腐蚀。腐蚀往往会造成重大经济损失、人员伤亡和环境污染等灾难性后果。
1969年英国Hoar报告报道，英国每年因腐蚀造成的经济损失估计不少于13.65亿英镑。美国在1992年发表在ASM手册B卷的数字报道,美国每年腐蚀造成1700亿美元的经济损失。我国对腐蚀损失所做的统计表明,腐蚀所造成的损失约占国民经济的3％。对于石油与石化行业尤其严重，约占6％左右。由NACE年会可以看出，石油与石化工业腐蚀问题研究是腐蚀与防护学科最活跃和最广泛的研究领域。以NACE98为例，500篇左右的宣读论文中有150余篇论文报道的是石油石化工业领域的腐蚀问题研究结果。因此针对油气田腐蚀问题展开系列研究具有很强的实用价值。
对于油气田腐蚀，按照腐蚀介质可分为：CO2腐蚀、H2S腐蚀、多相流冲刷腐蚀和土壤腐蚀。其中，H2S主要来自储藏地层的气体或伴生气体，硫酸盐还原菌和某些化学品也会释放出H2S。
硫化氢腐蚀是油气田四大腐蚀中最严重、最危险的。近几十年来，我国在勘探工作中不断发现高含硫气田。目前正在开发的四川威远气田、卧龙河气田嘉陵江组气藏和中坝气田雷口坡组气藏的H2S最高含量分别为52.988g/m3、491.490g/m3和204.607g/m3。2003年12月23日因强烈井喷造成人员重大伤亡的罗家寨气田硫化氢浓度平均达到了149.320g/m3。所以由H2S引发的腐蚀问题越来越引起人们的关注。所以研发具有抗H2S腐蚀的钢材是很有价值的。
通常情况下，本领域技术人员会在钢种中加入镍元素，但是均采用微Ni处理，例如，专利号200410025585.9的中国发明专利（名称：具有抗HIC性能X80管线钢及其热轧板制造方法）采用Ni：0.25-0.35%；专利号201110138418.5的中国发明专利（名称：X80钢级抗腐蚀低温无缝管线管）采用Ni：0.10-0.20%；申请号201110252344.8的中国发明专利申请（名称：一种具有抗氢致开裂性的管线钢板及其生产方法）采用Ni：≤0.30%。之所以采用微Ni处理，一方面是由于Ni价格较高，需要控制成本，另一方面是由于业内普遍认为Ni含量较高时其所起效果会饱和，形成浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种具有抗氢致开裂性的钢板及其生产方法，一方面在化学成分上采用高Ni、低C以及多元少量合金的设计，可以降低钢板合金化成本并使钢板具有优异的抗氢致开裂性，另一方面在生产方法上仅采用控轧冷轧工艺，克服调质工艺流程长、能耗高等不足，以简化易控的工艺流程即可生产出具有优异抗氢致开裂性的钢板。
本发明的技术构思如下：
镍元素析氢过电位低，可使氢离子容易被还原为氢原子，因此可用于钢种提升其抗氢致开裂性或抗硫化氢的腐蚀能力。通常而言，镍用量越高则钢的抗氢致开裂性越强，但是业内普遍认为Ni含量较高时其所起效果会饱和。申请人经深入实践研究发现，要解决该问题一方面要从化学成分入手，重新设计钢种的化学成分组成，另一方面要从生产方法入手，克服Ni效果饱和的问题。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种具有抗氢致开裂性的钢板，其特征是，由以下组分按重量百分比组成：C0.03～0.08%，Si0.10～0.35%，Mn0.20～1.20%，P≤0.013%，S≤0.010%，Nb0.001～0.10%，Ti0.002～0.020%，Mo≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni0.90～3.0%，Al≤0.060%，Cu0.15～0.30%，V0.013～0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述钢板在NACE0177-2005标准下对浸泡溶液A的CLR、CTR、CSR均为0。
更优选地，所述钢板具有细化均匀的贝氏体及铁素体型金相组织，无明显的碳化物及MA岛组织。
采用上述化学成分设计后，可使固溶强化并提高淬透性；可细化铁素体晶粒，在强度相同的条件下，提高钢的塑性和韧性，特别是低温韧性；可改善钢的耐蚀性能，增加了钢板抗H2S的腐蚀性能。
本发明还提供：
一种具有抗氢致开裂性的钢板生产方法，其特征是，所述钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.03～0.08%，Si0.10～0.35%，Mn0.20～1.20%，P≤0.013%，S≤0.010%，Nb0.001～0.10%，Ti0.002～0.020%，Mo≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni0.90～3.0%，Al≤0.060%，Cu0.15～0.30%，V0.013～0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质；
生产方法包括以下步骤：
控轧控冷工艺：奥氏体化温度为1150℃～1250℃，粗轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～970℃；随后层流冷却，返红温度为350～700℃，冷却速率5～25℃/s；之后即得钢板成品。
优选地，所述钢板在NACE0177-2005标准下对浸泡溶液A的CLR、CTR、CSR均为0。
更优选地，所述钢板具有细化均匀的贝氏体及铁素体型金相组织，无明显的碳化物及MA岛组织。
优选地，所述钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.05%，Si0.20%，Mn1.05%，P0.013%，S0.003%，Nb0.022%，Ti0.012%，Mo0.12%，Cr0.18%，Ni1.92%，Al0.048%，Cu0.21%，V0.013%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述控轧控冷工艺中，返红温度为350～440℃。
优选地，所述钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.06%，Si0.23%，Mn0.91%，P0.012%，S0.002%，Nb0.020%，Ti0.013%，Mo0.13%，Cr0.20%，Ni1.85%，Al0.048%，Cu0.15%，V0.021%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述控轧控冷工艺中，返红温度为350～440℃。
申请人在实践中发现采用本发明制造方法可以顺利地克服Ni效果饱和的问题，进一步保证高Ni强化抗腐蚀效果的实现。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
采用高Ni、低C以及多元少量合金的设计，并通过简单的控轧控冷方法不需热处理，即可形成细化均匀的贝氏体及铁素体型金相组织，显著提高抗氢致开裂性能；本发明生产方法工艺稳定，所得钢板具有抗氢致开裂性。
附图说明
图1为实施例1得到钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图。
图2为实施例2得到钢板在金相显微镜下典型的组织形貌图。
由图1和图2可知，所得钢板具有细化均匀的贝氏体及铁素体型金相组织，无明显的碳化物及MA岛组织。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1-2
各实施例的组成成分如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质。
表1各实施例的组成成分（wt.%）
实施例 C Mn P S Si Ni Cr Cu Alt V Nb Mo Ti
1 0.05 1.05 0.013 0.003 0.20 1.92 0.18 0.21 0.048 0.013 0.022 0.12 0.012
2 0.06 0.91 0.012 0.002 0.23 1.85 0.20 0.15 0.048 0.021 0.020 0.13 0.013
生产方法包括以下步骤：
控轧控冷工艺：奥氏体化温度为1150℃～1250℃，粗轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～970℃；随后层流冷却，返红温度为350～700℃，冷却速率5～25℃/s；之后即得钢板成品。
对于各实施例而言，返红温度要控制在350～440℃。
各实施例所得钢板的组织形貌图见图1、图2，组织均匀细小。
各实施例的力学性能见表2。
表2各实施例的力学性能
Figure BDA00003294059000051
可以看出，实施例1、2的力学性能均优良，延伸率≥28.5%，在-40℃下的冲击性能也非常好。
各实施例抗氢致开裂性见表3。
表3各实施例的抗氢致开裂性参数
实施例 浸泡溶液 CLR% CTR% CSR%
1 A 0 0 0
2 A 0 0 0
由此可见，各实施例均具有优异的抗氢致裂纹性能，没有任何裂纹，完全满足NACE0177-2005标准中CLR≤10%，CTR≤3%，CSR≤2%。该生产方法简单易行，而且性能稳定，可以使材料的综合性能提高。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有抗氢致开裂性的钢板，其特征是，由以下组分按重量百分比组成：C0.03～0.08%，Si0.10～0.35%，Mn0.20～1.20%，P≤0.013%，S≤0.010%，Nb0.001～0.10%，Ti0.002～0.020%，Mo≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni0.90～3.0%，Al≤0.060%，Cu0.15～0.30%，V0.013～0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述具有抗氢致开裂性的钢板，其特征是，所述钢板在NACE0177-2005标准下对浸泡溶液A的CLR、CTR、CSR均为0。
3.根据权利要求2所述具有抗氢致开裂性的钢板，其特征是，所述钢板具有细化均匀的贝氏体及铁素体型金相组织，无明显的碳化物及MA岛组织。
4.一种具有抗氢致开裂性的钢板生产方法，其特征是，所述钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.03～0.08%，Si0.10～0.35%，Mn0.20～1.20%，P≤0.013%，S≤0.010%，Nb0.001～0.10%，Ti0.002～0.020%，Mo≤0.20%，Cr≤0.20%，Ni0.90～3.0%，Al≤0.060%，Cu0.15～0.30%，V0.013～0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质；
生产方法包括以下步骤：
控轧控冷工艺：奥氏体化温度为1150℃～1250℃，粗轧温度为1000～1100℃，精轧温度为850～970℃；随后层流冷却，返红温度为350～700℃，冷却速率5～25℃/s；之后即得钢板成品。
5.根据权利要求4所述具有抗氢致开裂性的钢板生产方法，其特征是，所述钢板在NACE0177-2005标准下对浸泡溶液A的CLR、CTR、CSR均为0。
6.根据权利要求5所述具有抗氢致开裂性的钢板生产方法，其特征是，所述钢板具有细化均匀的贝氏体及铁素体型金相组织，无明显的碳化物及MA岛组织。
7.根据权利要求4或5或6所述具有抗氢致开裂性的钢板生产方法，其特征是，所述钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.05%，Si0.20%，Mn1.05%，P0.013%，S0.003%，Nb0.022%，Ti0.012%，Mo0.12%，Cr0.18%，Ni1.92%，Al0.048%，Cu0.21%，V0.013%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述控轧控冷工艺中，返红温度为350～440℃。
8.根据权利要求4或5或6所述具有抗氢致开裂性的钢板生产方法，其特征是，所述钢板由以下组分按重量百分比组成：C0.06%，Si0.23%，Mn0.91%，P0.012%，S0.002%，Nb0.020%，Ti0.013%，Mo0.13%，Cr0.20%，Ni1.85%，Al0.048%，Cu0.15%，V0.021%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述控轧控冷工艺中，返红温度为350～440℃。
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