[发明专利]510MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法

说明书

技术领域

本发明属于压力容器用钢技术领域，具体为涉及一种510MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法，抗拉强度达到510MPa，并且经济、实用。

背景技术

在石油化工领域，近年来随着石油质量向着含S化、重质化发展，使得人们对于H₂S腐蚀环境下用压力容器钢板的抗氢致开裂(HIC)性能提出了要求。氢制开裂是钢在湿硫化氢环境中一种常见的破坏形式，H₂S与钢表面发生反应产生的氢原子，氢原子向钢中扩散，可能在钢中夹杂物、晶界、位错等位置聚集形成氢气从而萌生裂纹，当钢存在着硬相的珠光体或贝氏体带状组织时，裂纹易于沿着硬质组织进行扩展，形成较大尺寸裂纹。所以对于抗氢制开裂的容器钢，一方面需要严格控制夹杂物的数量和形态以降低裂纹萌生的可能，另一方面需要控制心部中心偏析区域内的带状组织，抑制裂纹扩展。

目前抗氢致开裂用钢主要集中在管线钢领域，一般为低碳、低锰合金成分体系，通过降低C、Mn含量消除钢板带状组织，达到抗氢致开裂的目的。但降低C、Mn含量后，为了保证钢板的强度，必须添加其他合金元素，这将引起生产成本的增加。如申请号CN200510023651.3、CN200410025585.9涉及一种酸性环境用管线钢的制造方法，C含量为0.02～0.055，添加Nb、Ti、Mo、Cu、Ni多种合金元素，申请号CN200610016498.6涉及一种抗硫化氢应力腐蚀的石油钢管生产方法，C含量为0.25～0.32％，添加Ni、Cr、Mo、Cu等多种合金元素，使用淬火+回火工艺，这些专利在合金元素和生产工艺与本专利有显著差别。

另外，部分抗氢致开裂用钢用于压力容器领域，采用中碳合金成分，为了保证良好的中心质量，避免中心偏析的出现，多采用铸锭进行生产，但铸锭在中厚板生产企业中普及率低，不能成为普通钢厂经济型的生产方法。申请号CN201110080746.4涉及一种抗HIC铁素体系耐热钢及其制备工艺，C含量0.1-0.15％，Mn：0.3～0.6％，添加Cr、Mo合金元素，采用正火+回火工艺生产。申请号CN201210055848.5涉及一种抗氢致开裂压力容器钢及其制造方法，C：0.15～0.25，Si：0.10-0.30％，Mn：1.0-1.6％，Mo：0.35％-0.60％，Ni：0.20％-0.80％，采用模铸生产钢坯，钢板经过淬火+回火的调质工艺。这两个专利在合金元素含量方法与本专利有明显区别，另外这两个专利均需要经过回火热处理，这样增加了热处理流程，引起制造成本和生产周期的增加。

发明内容

本发明的为目的在于提供一种510MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板及生产方法，通过C、Si、Mn三种合金元素的合理添加，使用连铸坯进行生产，严格控制杂质元素含量和铸坯质量，匹配相应的轧制工艺，简单易操作的热处理工艺，在满足一般压力容器钢力学性能的基础上(屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥28％，-20℃冲击功≥150J)具有良好的抗氢致开裂性能(裂纹长度率≤5％，裂纹宽度率≤1.5％，裂纹敏感率≤0.2％)。钢板规格10mm～100mm。

本发明的510MPa级抗氢致开裂压力容器用钢板的化学成分重量百分数为：C：0.14％～0.19％，Si：0.30％～0.40％，Mn：1.2％～1.8％，P：≤0.008％，S：≤0.001％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明仅添加低成本的C、Si、Mn作为合金元素以保证钢板强度，通过超低P、S杂质含量保证钢液纯洁度，通过适当的轧制工艺获得均匀的珠光体+铁素体组织，通过合理的正火热处理改善钢板的组织均匀性，并严格避免心部贝氏体硬相组织的形成。

C：主要起到固溶强化的作用，以保证钢的强度。但如果过多的加入C，使得珠光体带状组织比例提高，不利于钢板的抗氢致开裂性能。另外，C是引起铸坯中心偏析的主要原因，心部偏析区域内合金元素的富集将降低形成贝氏体硬相组织的形成临界冷速，从而促进贝氏体的形成，使得钢板心部区域局部硬度，易于氢致裂纹的形成和扩展。所以本专利C含量为0.14％～0.19％.