[发明专利]一种抗湿硫化氢腐蚀性能优异的Q370R钢板及其制造方法

说明书

本发明涉及一种抗湿硫化氢腐蚀性能优异的Q370R钢板，其化学成分按重量百分比计为C：0.12～0.18％，Si：0.40～0.50％，Mn：1.20～1.35％，P：≤0.005％，S：≤0.0006％，Ni：0.15～0.30％，Cu：0.15～0.30％，Nb：0.01～0.05％，V：0.01～0.05％，Ti：0.01～0.05％，Alt：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.45％，计算公式为：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。钢板制造方法主要步骤按照生产顺序依次为冶炼浇铸、连铸坯加热、轧制和热处理。本发明的抗湿硫化氢腐蚀性能优异的Q370R钢板在580±10℃×8h模拟焊后热处理条件下，屈服强度和抗拉强度余量为30Mpa以上，心部‑30℃横向夏比冲击功单值≥150J；钢板交货态表面布氏硬度≤170HB。

技术领域

本发明涉及一种抗湿硫化氢腐蚀性能优异的Q370R钢板及其制造方法。属于特种钢铁冶炼技术领域。

背景技术

氢致开裂(HIC)和硫化物应力开裂(SSC)是湿硫化氢环境下金属材料腐蚀开裂的两种主要失效形式。氢致开裂和硫化物应力开裂的敏感性除了与钢的纯净度和微观组织均匀性相关外，还与钢的强度直接相关。钢的强度越高，位错密度越大，更有利于氢扩散进入钢中，从而增加氢致开裂和硫化物应力开裂的敏感性。此外，钢强度越高，其硬度和残余应力越大，在湿硫化氢环境中越容易形成硫化物应力开裂，尤其是焊缝热影响区，硫化物应力开裂的敏感性更大。为了保证设备安全运行，设计上通常选用规定屈服强度≤355Mpa的正火钢板作为湿硫化氢环境使用的主要金属材料。随着国家石油战略贮备和石化装备大型化、轻量化的发展，设计上亟需具有优异抗湿硫化氢腐蚀性能的压力容器用高强钢板作为材料支撑，因此开发屈服强度在370Mpa以上，抗拉强度在530Mpa以上，同时具有优异抗湿硫化氢腐蚀性能的Q370R钢板具有极大的现实意义。

Q370R是GB 713-2014标准中的一个典型牌号，其化学成分范围与Q345R基本相同，但拉伸性能要求却比Q345R高20-30Mpa。在限制碳当量和正火交货条件，钢板的强韧性指标、抗氢致开裂性能和抗硫化氢应力开裂性能同时满足设计要求的技术难度很大，目前，具有优异抗湿硫化氢腐蚀性能的Q370R钢板在国内尚处于研发储备阶段，因此公开报道的相关专利较少。公布号为CN105603304A的中国专利涉及一种厚度为10～60mm具有良好抗HIC、SSCC特性的Q370R压力容器用厚钢板及其制造方法，采用正火+水冷热处理工艺生产，通过合理的成分设计，使钢板具有良好的抗HIC和抗SSCC性能，力学性能满足GB 713-2014标准要求。该发明为了提高钢板强度，实施例中采用高Mn成分设计，具体含量为1.40～1.62％；同时正火后采用水冷热处理工艺，由于钢板厚度方向的冷却速度存在差异，最终导致厚度方向微观组织及其不均匀，具体为：微观组织中靠近钢板上下表面、只少占总厚度20％的厚度范围内为针状铁素体和贝氏体，两者所占比例达到50％以上，其余区域为铁素体+珠光体组织。Mn元素容易与S元素形成MnS夹杂，成为氢陷阱，增加氢致开裂敏感性，设计上一般Mn元素含量限制在1.30％以内。这种高Mn成分设计和不均匀的微观组织会导致钢板HIC和SSC性能敏感性增加。该发明6个实施例中抗SSCC试验结果均为未断裂，没有表明是否有裂纹，而且有3个实施例的抗氢致开裂试验结果均存在裂纹，说明钢板抗HIC和抗SSC性能指标水平及其稳定性相对较差。另一方面，由于钢板正火后采用水冷热处理工艺，很有可能会造成钢板表面硬度偏高，增加钢板SSCC性能敏感性，甚至造成压力容器设备冷加工过程开裂。综上所述，该发明钢板在工程应用中仍然存在一定安全隐患，同时该发明钢板最大厚度仅为60mm，因此不能完全满足石化行业大型压力容器的使用要求。

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10～100mm抗湿硫化氢腐蚀性能优异的Q370R钢板及其制造方法，适用于在湿硫化氢环境中使用，具有较高的强度和低温冲击韧性、较低的硬度和优异的抗湿硫化氢腐蚀性能。