抗氫致裂紋性和韌性優(yōu)異的鋼板和管線管用鋼管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合于天然氣?原油輸送用管線管、壓力容器、儲藏罐等的、抗氫致裂 紋性和韌性優(yōu)異的鋼板，和使用該鋼板得到的抗氫致裂紋性和韌性優(yōu)異的管線管用鋼管。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著含有硫化氫的原油、燃?xì)獾攘淤|(zhì)資源的開發(fā)，用于其輸送、精煉和儲藏的管 線管、壓力容器和儲藏罐需要有抗氫致裂紋性和抗應(yīng)力腐蝕裂紋性等所謂的抗硫性。已知 氫致裂紋（Hydrogen-Induced Cracking，以下稱為"HIC"）是伴隨著上述硫化氫等帶來的 腐蝕反應(yīng)，氫侵入到鋼材內(nèi)部，該侵入的氫在以MnS和Nb (C，N)為首的非金屬夾雜物等處聚 集，由于氣化而發(fā)生的裂紋。
[0003] 特別是在含硫的環(huán)境下，可知在板厚方向從表面至深度為5mm的區(qū)域（以下，將這 一區(qū)域稱為"鋼板表層部"）的氫濃度比鋼板中央部高，已知在鋼板表層部容易以Ca系氧化 物、Al系氧化物等為起點(diǎn)發(fā)生裂紋。
[0004] 以前，曾提出有幾個關(guān)于提高抗氫致裂紋性（以下稱為"抗HIC性"）的技術(shù)。例 如在專利文獻(xiàn)1中公開有一種鋼材，其是通過抑制板厚中心部的Mn、Nb、Ti的偏析度來改善 抗氫致裂紋性。在該方法中，可以改善中心偏析部的HIC特性，但因?yàn)橹行钠霾恳酝獾牟?位的夾雜物未得到充分控制，所以認(rèn)為抑制中心偏析部以外的部位的裂紋有困難。另外在 專利文獻(xiàn)2中，公開有一種通過Ca、0和S的含量構(gòu)成的參數(shù)式，抑制以MnS和Ca系氧硫化 物為起點(diǎn)的HIC的方法。根據(jù)這一方法，雖然能夠確?？笻IC性，但在氫濃度特別高的鋼板 表層部，如后述，認(rèn)為微細(xì)的HIC還是容易發(fā)生，也很難一并確保表層部的高韌性。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2010-209461號公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平06-136440號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的課題
[0010] 本發(fā)明著眼于上述這樣的情況而形成，其目的在于，實(shí)現(xiàn)一種抗氫致裂紋性和韌 性優(yōu)異的鋼板和鋼管，其在含硫環(huán)境下，特別是在處于氫濃度高的嚴(yán)苛的狀況下的鋼板表 層部，即使是數(shù)y m左右的微細(xì)的HIC也能夠得到充分抑制。
[0011] 用于解決課題的手段
[0012] 能夠解決上述課題的本發(fā)明的抗氫致裂紋性和韌性優(yōu)異的鋼板，具有的特征在 于，滿足
[0013] C:0.02~0? 15% (%是質(zhì)量％的意思。下同）、
[0014] Si :0? 02 ~0? 50%、
[0015] Mn :0.6 ~2.0%、
[0016] P :高于0%并在0.030%以下、
[0017] S :高于0%并在0.003%以下、
[0018] Al :0? 010 ~0? 08%、
[0019] Ca :0? 0003 ~0? 0060%、
[0020] ^0.001~0.01%、和
[0021] 0(氧）：高于0%并在0.0045%以下，
[0022] 余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0023] 所述Ca與所述S之比（Ca/S)為2. 0以上，并且，
[0024] 在板厚方向從表面至深度為5mm的區(qū)域的最大Ca濃度（Cmax)與該區(qū)域的平均Ca 濃度（Cave)之比（Cmax/Cave)為 1. 20 以下。
[0025] 所述鋼板中，作為其他的元素，也可以還含有從以下的（a)、（b)的至少任意一個 組中選擇的一種以上的元素。
[0026] (a)由B :高于0%并在0? 005%以下、V :高于0%并在0? 1%以下、Cu :高于0%并 在1. 5%以下、Ni :高于0%并在1. 5%以下、Cr :高于0%并在1. 5%以下、Mo :高于0%并在 1. 5%以下和Nb :高于0 %并在0. 06%以下構(gòu)成的組，
[0027] (b)由Ti :高于0 %并在0? 03%以下、Mg :高于0 %并在0? 01 %以下、REM :高于0% 并在0. 02%以下和Zr :高于0%并在0. 010%以下構(gòu)成的組。
[0028] 上述鋼板適合作為管線管用和壓力容器用。另外在本發(fā)明中，也包括使用上述鋼 板制造的管線管用鋼管。
[0029] 發(fā)明效果
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，使鋼板的板厚方向的Ca濃度的分布均質(zhì)化，因此在氫濃度特別高的 鋼板表層部，直至數(shù)y m左右的微細(xì)的HIC也能得到充分抑制，其結(jié)果是，能夠提供抗氫致 裂紋性和韌性優(yōu)異的鋼板和鋼管。
【附圖說明】
[0031] 圖1是表示作為HIC起點(diǎn)的夾雜物的Ca濃度不同的HIC發(fā)生率的圖。
[0032] 圖2是表示Cmax/Cave與上平臺能量的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本發(fā)明人等為了解決所述課題而反復(fù)潛心研究。首先本發(fā)明人等，為了對于含硫 環(huán)境下處于最嚴(yán)苛的狀況下的鋼板表層部的HIC發(fā)生再次探究原因，使用各個鋼板，實(shí)施 了 NACE(National Association of Corrosion and Engineer)TM0284 中規(guī)定的 HIC 試驗(yàn) (NACE試驗(yàn)）。該NACE試驗(yàn)是在使Iatm的硫化氫氣體飽和的5% NaCl溶液和0. 5%醋酸 的PH2. 7的混合水溶液中浸漬試驗(yàn)片即鋼板96小時(shí)，之后評價(jià)HIC發(fā)生的試驗(yàn)。
[0034] 其次，本發(fā)明人等對于HIC試驗(yàn)后的鋼板表面部分實(shí)施遵循ASTMA370的擺錘沖擊 試驗(yàn)。其結(jié)果是，即使在所述NACE試驗(yàn)中，以規(guī)定的"倍率100倍的顯微鏡觀察"未觀察到 裂紋時(shí)，仍存在HIC試驗(yàn)后的擺錘沖擊試驗(yàn)結(jié)果差，即韌性差的情況。
[0035] 為了對其原因進(jìn)行調(diào)查，提高倍率進(jìn)行上述顯微鏡觀察時(shí)，判明為微細(xì)的裂紋以 夾雜物為起點(diǎn)大量發(fā)生。即，首次探明的是，在所述NACE試驗(yàn)中，用規(guī)定的100倍的顯微鏡 觀察時(shí)未觀察到的觀察限度以下的微細(xì)的HIC以夾雜物為起點(diǎn)大量生成，這成為使HIC試 驗(yàn)后的韌性劣化的要因。
[0036] 此外，針對包括上述微細(xì)的HIC在內(nèi)的作為HIC發(fā)生起點(diǎn)的夾雜物組成進(jìn)行了調(diào) 查。詳細(xì)地說，就是對于進(jìn)行了后述的實(shí)施例所述的HIC試驗(yàn)（NACE試驗(yàn)）的鋼板進(jìn)行組 織了觀察。另外求出了所觀察到的夾雜物的Ca濃度。該夾雜物中Ca濃度是在除去了構(gòu)成 夾雜物的〇和N的成分組成中Ca所占的比例（質(zhì)量％，以下，僅表示為％ )。分別求得該夾 雜物中Ca濃度為50%以上的夾雜物之中成為HIC發(fā)生起點(diǎn)的夾雜物的比例（％)，和上述 夾雜物中Ca濃度為20%以下的夾雜物之中成為HIC發(fā)生起點(diǎn)的夾雜物的比例（％)。其結(jié) 果顯示在圖1中。在該圖1中，上述成為HIC發(fā)生起點(diǎn)的夾雜物的比例，以縱軸的"HIC發(fā) 生率（％)"表示。如該圖1所示，特別發(fā)現(xiàn)Ca濃度高達(dá)50%以上的夾雜物（以下，該Ca 濃度為50%以上的夾雜物稱為"Ca系夾雜物"）容易成為包括上述微細(xì)的HIC在內(nèi)的HIC 發(fā)生的起點(diǎn)。
[0037] 所述Ca系夾雜物有在鑄造中凝聚集合化并局部性地聚集的傾向，該Ca系夾雜物 在鋼板表層區(qū)域大量存在，由此導(dǎo)致以該Ca系夾雜物為起點(diǎn)的、在現(xiàn)有的方法中難以確認(rèn) 到的微細(xì)的HIC局部性地大量發(fā)生，其被認(rèn)為會引起韌性的降低。
[0038]于是在本發(fā)明中，對于板厚方向從表面至深度為5mm的區(qū)域，即對于鋼板表層部 的Ca系夾雜物進(jìn)行控制時(shí)，如果在鋼板表層部大量存在Ca系夾雜物，則認(rèn)為在該鋼板表層 部存在Ca濃度高的地方。因此，如后述的實(shí)施例所示，將針對板厚方向從表面至深度為5_ 等間隔多處測量Ca濃度時(shí)的最大Ca濃度（Cmax)與該多個位置的平均Ca濃度（板厚方向 從表面至深度為5mm的區(qū)域的平均Ca濃度，Cave)之比（Cmax/Cave)，作為鋼板表層部的Ca 系夾雜物量的控制因素使用。
[0039] 接著，對于該Cmax/Cave與HIC試驗(yàn)后的鋼板表層部的韌性的關(guān)系，具體來說就是 與沖擊吸收能量，特別是與上平臺能量的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查。其結(jié)果如后