[发明专利]一种抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钢板制造领域，具体涉及一种50mm厚的SA516Gr70(HIC)抗氢致开裂压力容器钢板及其制造方法。

背景技术

SA516Gr70(HIC)钢板主要用于湿H₂S腐蚀环境使用的石油化工装置。氢致开裂是钢在湿硫化氢环境中的一种常见破坏形式，H₂S与钢表面发生反应产生氢原子，氢原子向钢中扩散并在冶金缺陷处聚集产生氢分子，使钢材内部产生很大的内应力，以致引起界面开裂，形成氢鼓泡，当氢的压力继续增高时，小的氢鼓泡趋向于相互连接，形成有阶梯状特征的氢致开裂。

在湿H₂S腐蚀环境下使用的压力容器一旦失效，将对安全生产构成严重威胁，带来巨大的经济损失。随着资源品质劣化和设备大型化、轻量化的发展趋势，设计上需要钢板在更高温度和更长时间的模拟焊后热处理条件下，仍然具有良好的力学性能和优异的抗氢致开裂（HIC）性能。

目前多数中厚板企业采用C、Mn、Si组合成分设计，通过降低C、Mn、S、P元素含量、带状组织级别和非金属夹杂物含量来保证钢板HIC性能。随着模拟焊后热处理温度的提高和模拟焊后热处理时间的延长，试样模拟焊后热处理后抗拉强度会大幅度下降。在限制碳当量和微合金元素条件下，抗拉强度很难满足标准要求，尤其是封头钢板热成型后力学性能经常会出现无法恢复正常性能的情况。国外有些企业通过降低C含量，同时添加元素Ni、Cu，采用锻造坯轧制方式生产，这种生产工艺在提高钢板强度方面有一定效果，但生产周期长，也会大幅度增加生产成本。

目前涉及湿硫化氢环境使用的抗氢致开裂压力容器钢的专利较少，常用的热处理工艺有三种，公告号为CN104480384A的发明专利采用正火+空冷工艺生产，正火后空冷。公布号为CN1046411629A的发明专利采用正火+气雾冷却工艺生产，公告号为CN102605242A的发明专利采用淬火+回火工艺生产。以上三种热处理工艺都有一定局限性，虽然正火+空冷工艺有利于均匀钢板组织，但试样高温长时间模拟焊后热处理后强度很难满足要求；正火后采用气雾冷却可以在一定程度上改善钢板带状组织，但对提高钢板强度方面效果不太明显，由于没有回火处理，钢板表面可能由于冷却过快而产生马氏体或贝氏体组织，造成钢板强度低、表面硬度高，最终导致容器制造过程中钢板边部开裂；淬火+回火工艺可以明显提高钢板强度，但由于淬火温度较高，冷却速度过快，如果回火不充分，会造成钢板组织不均匀，增加氢致开裂敏感性。

基于以上原因，本申请提出了一种抗氢致开裂压力容器钢及其制造方法，适用于在湿硫化氢环境使用，成分设计及生产工艺简单，适合批量生产，经检索未发现与该工艺相关的专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度为50mm的SA516Gr70(HIC)钢板，能够应用于湿H₂S腐蚀环境使用的石油化工装置的制作，具有较高的强度和低温冲击韧性、较低的硬度和良好的抗HIC性能。钢板具有较细的晶粒和较低的非金属夹杂物含量，且不存在明显带状组织。在高温长时间模拟焊后热处理后，钢板的强度和低温冲击韧性不明显减弱，封头钢板可以同时满足冷成型和热成型两种制造工艺的要求。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种抗氢致开裂压力容器钢板，该钢板的化学成分按重量百分比计为C：0.16～0.20%，Si：0.15～0.40%，Mn：1.05～1.20%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，Nb：≤0.01%，V：≤0.01%，Ti：≤0.01%，B：≤0.0005%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.42%，碳当量计算公式为：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15。

本发明抗氢致开裂压力容器钢板，其抗氢致开裂（HIC）性能：钢板按照NACE TM0284-2011《管道压力容器抗氢致开裂钢性能评价的实验方法》中的A溶液进行抗氢致开裂检验，单个检验截面的裂纹长度率（CLR）、裂纹宽度率（CTR）和裂纹敏感率（CSR）均为0，无氢鼓泡，即腐蚀后无缺陷。635±14℃×18h模拟焊后热处理后钢板屈服强度≥360Mpa，抗拉强度≥540Mpa，心部-51℃横向夏比冲击功单值≥150J；钢板交货态表面布氏硬度≤170HB，晶粒度≥8.0级，带状组织≤2.0级。

本发明50mm抗氢致开裂压力容器钢板的化学成分是这样确定的: