[发明专利]抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材及其制造方法

说明书

本发明涉及适合用于管线管、耐酸材料等的厚钢材，更为详细而言，涉及抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材及其制造方法。

技术领域

本发明涉及适合用于管线管、耐酸(sour)材料的厚钢材，更具体而言，涉及抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材及其制造方法。

背景技术

最近，对管线管钢材表面硬度的上限限制要求在增高，管线管钢材表面硬度高，不仅会引起管加工过程中真圆度不均匀等问题，还会由于管表面的高硬度组织引起管加工过程中发生开裂或在使用环境中韧性不足等问题。另外，在具有大量硫化氢的酸性环境中使用时，表面部的高硬度组织极有可能因氢导致脆性开裂，并引起大规模事故。

2013年在里海大型原油、天然气挖掘项目中，项目启动不到两周时，管表面的高硬度部发生硫化物应力腐蚀开裂(SSC，Sulfide Stress Cracking)，以致于将长达200km的海底管线管替换为复合管(Clad Pipe)。当时分析发生SSC的原因的结果，推定为形成于管线管表面部的高硬度组织硬斑点(hard spot)引发的事故。

对于硬斑点，在API标准中规定其长度为2英寸以上、Hv345以上，在DNV标准中，硬斑点的大小标准与API标准相同，但将硬度上限规定为Hv250。

另一方面，一般通过对钢坯进行再加热、热轧及加速冷却制造用于管线管的钢材，并判断为，在加速冷却过程中，其表面部不均匀地急速冷却，导致产生硬斑点(hard spot，形成高硬度组织的部分)。

用一般水冷却制造的钢板，因水喷射到钢板表面，其表面部的冷却速度相对大于中心部，这样的冷却速度差异引起表面部的硬度高于中心部的硬度。

对此，作为抑制在钢材表面部形成高硬度组织的技术方案，可以考虑放慢水冷却过程，但放慢水冷却不仅使表面部硬度减小，还会导致钢材强度减小，从而要求对钢材添加更多合金元素。另外，增加合金元素也会增高表面硬度。

发明内容

技术问题

本发明一方面要通过合金组成以及制造条件优化，与现有厚板水冷材(TMCP)的相比，有效降低其表面部的硬度，从而提供抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材及其制造方法。

本发明要解决的问题不限于上述内容。对于所属领域的技术人员来说，通过本发明说明书的内容，不难理解本发明要解决的其他问题。

技术方案

本发明一方面提供一种抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材，其以重量％计含有碳(C)：0.02～0.06％、硅(Si)：0.1～0.5％、锰(Mn)：0.8～1.8％、磷(P)：0.03％以下、硫(S)：0.003％以下、铝(Al)：0.06％以下、氮(N)：0.01％以下、铌(Nb)：0.005～0.08％、钛(Ti)：0.005～0.05％、钙(Ca)：0.0005～0.005％；镍(Ni)：0.05～0.3％、铬(Cr)：0.05～0.3％、钼(Mo)：0.02～0.2％以及钒(V)：0.005～0.1％中的一种以上，余量为Fe及不可避免的杂质，所述钙(Ca)与硫(S)满足关系式1：0.5≤Ca/S≤5.0，其中，各元素表示重量含量；所述钢材的表层部硬度与中心部硬度之差(表层部硬度-中心部硬度)为维氏硬度(VickerHardness)20Hv以下。

本发明另一方面提供一种制造抗硫化物应力腐蚀开裂性优异的高强度钢材的方法，包括以下步骤：对满足上述合金组成以及关系式1的钢坯在1100～1300℃范围进行加热；对所述加热后的钢坯进行热精轧制得热轧板；经所述热精轧后进行冷却，

所述冷却包括一次冷却、空气冷却以及二次冷却，在所述一次冷却中，以冷却速度5～40℃/s进行冷却，以使所述热轧板的表面温度成为Ar1-50℃～Ar3-50℃；在所述二次冷却中，以冷却速度50～500℃/s进行冷却，以使所述热轧板的表面温度成为300～600℃。