[发明专利]基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法

说明书

技术领域

本发明属于抗HIC应力开裂钢的制备领域，特别涉及一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法。

背景技术

氢诱发开裂是指金属材料在含硫化氢介质的作用下由电化学腐蚀过程中析出的氢进入金属材料内部产生阶梯型裂纹。这些裂纹的生长发育最终使金属材料发生开裂。如果裂纹残存在管壁的表面，还会在管壁形成氢鼓泡。氢诱发开裂可使管线钢在没有任何明显预兆的情况下突然开裂，因此其破坏性和危害性极大。为确保钢材的安全性及正常运营，对抗氢诱发开裂性能影响因素的研究十分必要。

通常抗氢致开裂HIC主要是针对低碳高强度结构钢制压力管线讲的(现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢)。目前国内生产的此类专用钢(抗HIC专用钢)主要材料牌号有：16MnR(HIC)，20R(HIC)，SA516(HIC)。其中16MnR的主要合金成分是C、Si、Mn、P、S等，总合金成分含量不超过总质量的3％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，该方法利用了载流子密度与16MnR抗HIC性能之间的关系制备抗HIC应力开裂钢，该制备方法简单，成本相对较低，对设备的要求不高，适合规模化生产；所得的抗HIC应力开裂钢抗HIC应力开裂性能高。

本发明的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，包括：

(1)配制纳米混合粉体：将纳米Cu 1.0-1.5g、纳米Al 1.0-1.5g、纳米Cr 0.5-1.5g和纳米BN 0.5-1.5g混合，得纳米混合粉体；

(2)将上述纳米混合粉体与100g钢水混合后，进行熔炼，浇铸得到板坯；最后将所得板坯进一步加工，即得抗HIC应力开裂高强钢。

步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为1.0g、1.0g、0.5g和0.5g。

步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为1.5g、1.5g、0.5g和0.5g。

步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为1.0g、1.0g、1.5g和1.5g。

步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为1.5g、1.5g、1.5g和1.5g。

步骤(2)中所述的钢材的钢号为16MnR、20R或SA516。

步骤(2)中所述的熔炼中，熔炼温度为1550-1600℃，熔炼时间为40-50min。

步骤(2)中所述的熔炼为在中频感应熔炼炉中进行熔炼。

上述的中频感应熔炼炉为非真空中频感应熔炼炉。

本发明运用载流子控制技术，对载流子密度与16MnR抗HIC性能之间的关系进行了深入研究，具体操作步骤如下：

(1)掺杂元素配料主要是纳米级别Cu、Al、Cr、BN，将纳米Cu、纳米Al、纳米Cr、纳米BN分别按不同质量称出4组比例样品，放入干燥光口杯混合均匀，即得到4组纳米混合粉体；其中4组纳米混合粉体中Cu、Al、Cr、BN的含量分别是1.0g、1.0g、0.5g、0.5g；1.5g、1.5g、0.5g、0.5g；1.0g、1.0g、1.5g、1.5g；1.5g、1.5g、1.5g、1.5g，分别编号1、2、3和4；

(2)将步骤(1)中的4组纳米混合粉体分别与100g 16MnR钢放入非真空中频感应熔炼炉中进行非真空熔炼，熔炼温度1600℃，熔炼时间50min，然后分别浇铸得到4种板坯(改性板坯1、改性板坯2、改性板坯3和改性板坯4)；

(3)将一个用来对比的100g未改性的16MnR钢放入非真空中频感应熔炼炉中进行非真空熔炼，熔炼温度1600℃，熔炼时间50min，然后浇铸得未改性板坯；

(4)将步骤(2)和(3)所得到的板坯分别在600℃下均匀化处理5h，然后在1000℃下经辊轧机(L6500)分3次分别轧制成厚4mm的薄板，水冷后再冷轧一次；再将轧制后的钢板进行退火处理，在温度800℃保温3h；

(5)分别将步骤(4)轧制后的钢板线切割出10mm×10mm大小的小块，用来做载流子测试；另一大部分来做抗HIC实验。

载流子密度的测试，其具体步骤如下：