[发明专利]优良抗HIC、SSC的高强低温用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低碳高强度低合金钢，特别涉及一种优良抗HIC、SSC的高强低温用钢及其制造方法，其为一种超低C－低Si－中Mn－低Als－低N－少量(Ni＋Mo)合金化－微(Ti＋Nb)处理的低合金钢，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥550MPa，-50℃的Charpy横向冲击功(单个值)≥47J，可大线能量焊接、耐HIC与SSC低温TMCP钢板，主要用于低温储罐、低温压力钢管、冰海区域海洋平台及UOE的制造用材。

背景技术

众所周知，低碳(高强度)低合金钢是最重要工程结构材料之一，广泛应用于石油天然气管线、海洋平台、船舶制造、桥梁结构、锅炉压力容器、建筑结构、汽车工业、铁路运输及机械制造之中。低碳(高强度)低合金钢性能取决于其化学成分、制造过程的工艺制度，其中强度、韧性及焊接性是低碳(高强度)低合金钢最重要的性能，它最终决定于成品钢材的化学成分与显微组织状态。随着科技不断地向前发展，人们对钢的强韧性、焊接性提出更高的要求，即在维持较低制造成本的同时大幅度地提高钢板的综合机械性能和使用性能，以减少钢材的用量而节约成本，减轻钢构件自身重量、稳定性和安全性。

目前世界范围内掀起了发展新一代高性能钢铁材料的研究高潮，通过合金组合设计、革新控轧/TMCP(包括DQ)技术及热处理工艺获得更好的显微组织匹配，从而使钢板得到更高的强度韧性匹配、更优良的焊接性；本发明钢板正是采用上述技术，低成本地开发出综合力学性能优异的低温用钢板。

现有技术在制造屈服强度≥415MPa、－60℃的低温冲击韧性≥34J的厚钢板时，一般要在钢中添加一定量的Ni或Cu＋Ni元素，以确保母材钢板具有优异的低温韧性，采用≤100KJ/cm的线能量焊接时，热影响区HAZ的韧性也能够达到-60℃Akv≥34J，但是没有涉及在H₂S腐蚀环境中钢板如何耐氢致裂纹HIC、硫化物应力腐蚀裂纹SSC的特性。

大量现有专利文献只是说明如何实现母材钢板的低温韧性，对于如何在焊接条件下，获得优良的热影响区(HAZ)低温韧性说明的较少，尤其采用大线能量焊接时如何保证热影响区(HAZ)的低温韧性少之又少，且为了保证钢板的低温韧性，钢中一般均加入一定量的Ni或Cu＋Ni元素，钢板大线能量焊接热影响区(HAZ)低温韧性也很少能够达到－60℃。

发明内容

本发明的目的在于设计一种优良抗HIC、SSC的高强低温用钢及其制造方法，在关键技术路线和成分工艺设计上，综合了影响TMCP钢板显微组织与强度、超低温韧性、抗抗HIC与SSC性能及大线能量焊接性之间的相互关系，成功地解决了TMCP高强钢的强度、低温韧性、抗抗HIC、SSC性能与大限能量焊接性之间的矛盾，稳定批量低成本的生产出可大限能量焊接的调质低温用钢板，特别适宜于用做制造低温储罐、低温压力钢管、冰海区域海洋平台等。

耐HIC、SSC低温钢板是厚板产品中难度最大的品种之一，其原因是该类钢板不仅要求具有高强度、极高的低温韧性、优良的焊接工艺性且可大限能量焊接，而且还要在高浓度的H₂S环境下，具有优良的抗HIC、SSC特性。

本发明的技术方案是：

采用超低C－低Si－中Mn－低Als－低N－少量(Ni＋Mo)合金化－微(Ti＋Nb)处理的低合金钢成分体系，控制Mn/C≥22、偏析指数1.32(%C)×[(1.53(%Mn)+1.37(%Si)+1.15(%Mo)+1.06(%Cr)+(%Cu)+0.86(%Ni)]×[(30(%P)+10(%S)]≤0.060、[(%Si)+(%Als)]×(%C)≤0.0035、Pcm≤0.18%、Nb/Ti在1.5～3.5之间、Ca处理且Ca/S比在0.80～3.00之间等冶金技术控制手段，优化TMCP工艺，使成品钢板的显微组织为均匀细小的针状铁素体＋少量上贝氏体，平均晶粒尺寸在10μm以下；在超低碳当量、Pcm条件下，获得高强度、高韧性、抗HIC与SSC特性且可大热输入焊接，特别适宜于用做制造低温储罐、低温压力钢管、冰海区域海洋平台等。

具体地，本发明的优良抗HIC、SSC的高强低温用钢，其成分重量百分比为：

C：0.030%～0.060%

Si：≤0.10%

Mn：1.10%～1.40%

P：≤0.012%

S：≤0.002%

Als：≤0.010%

Cu：0.15%～0.35%