抗氫致裂紋性和焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的鋼板和管線鋼管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合于天然氣?原油的輸送用管線管、壓力容器和儲(chǔ)藏用罐等的抗氫 致裂紋性和焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的鋼板，和使用該鋼板得到的抗氫致裂紋性和焊接熱 影響部的韌性優(yōu)異的管線鋼管。
【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(chǔ)藏的管 線管、壓力容器和儲(chǔ)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。氫致 裂紋（Hydrogen - Induced Cracking，以下稱為"HIC"），已知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 物和A1系氧化物等為起點(diǎn)發(fā)生裂紋。
[0004] 以前，曾提出有幾個(gè)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，其是通過使S/Ca < 0. 5,相對于S而使Ca大量含有， 并且降低板厚中心部的Mn的偏析度并抑制MnS，從而改善了氫致裂紋性。在此方法中，雖 然可以改善中心偏析部的HIC特性，但因?yàn)橹行钠霾恳酝獾牟课坏膴A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 方法，其根據(jù)由Ca和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〇
[0005] 在這些現(xiàn)有技術(shù)中，雖然可以抑制HIC，但是表層的焊接熱影響部存在有脆性斷裂 發(fā)生，韌性顯著劣化的情況，難以使抗氫致裂紋性和焊接熱影響部的韌性（HAZ韌性）并立。
[0006] 先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :特開2010 - 209461號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :特開平06 - 136440號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[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)抗氫致裂紋性和焊接熱 影響部的韌性（HAZ韌性）優(yōu)異的鋼板和鋼管。
[0011] 能夠解決上述課題的本發(fā)明的抗氫致裂紋性和焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的鋼板， 具有的特征在于，滿足
[0012] C:0.02~0? 15% (%是質(zhì)量％的意思。下同）、
[0013] Si :0? 02 ~0? 50%、
[0014] Mn:0.6 ~2.0%、
[0015] P :高于0%并在0.030%以下、
[0016] S :高于0%并在0.003%以下、
[0017] A1 :0? 010 ~0? 08%、
[0018] Ti :0? 003 ~0? 030%、
[0019] Ca :0? 0003 ~0? 0060%、
[0020] ^0.001~0.01%、和
[0021] 0(氧）：高于0%并在0.0045%以下，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0022] 所述Ca與所述S的比（Ca/S)為2. 0以上，并且
[0023] 所述Ca、所述S和所述0滿足（Ca - 1. 25S)/0彡1. 8，
[0024] 此外，在板厚方向從表面至深度5mm的區(qū)域，長徑或長邊為50 ym以上的Ca系夾 雜物為2. 0個(gè)/mm2以下，并且長徑或長邊為300nm以下的TiN為5 X 10 2個(gè)/ y m2以上。
[0025] 所述鋼板，作為其他的元素，也可以含有
[0026] (a)從B :高于0%并在0? 005%以下、
[0027] V :尚于0 %并在0? 1 %以下、
[0028] Cu :高于0%并在1. 0%以下、
[0029] Ni :高于0%并在1. 5%以下、
[0030] Cr :高于0%并在1. 0%以下、
[0031] Mo :高于0%并在1. 0%以下、和
[0032] Nb :高于0%并在0.06%以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上的元素，
[0033] 和
[0034] (b)從Mg :高于0%并在0? 01 %以下、
[0035] REM :高于0%并在0? 02%以下、和
[0036] Zr :高于0%并在0. 010%以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上的元素。
[0037] 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 板制造的管線鋼管。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)乜刂屏舜嬖谟阡摪灞韺硬康膴A雜物，所以能夠提供抗氫 致裂紋性和焊接熱影響部的韌性優(yōu)異的鋼板和鋼管。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 本發(fā)明者們，為了解決所述課題而反復(fù)銳意研究。首先本發(fā)明者們，對于各種鋼 板，實(shí)施了 NACE (National Association of Corrosion and Engineer) TM0284 所規(guī)定的 HIC試驗(yàn)，并評價(jià)了抗HIC性。上述NACE試驗(yàn)，是在使latm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，使試驗(yàn)片，也就是鋼板浸漬96小時(shí)，評價(jià)之后 的HIC發(fā)生的試驗(yàn)。另一方面，為了確認(rèn)焊接熱影響部（HAZ)的韌性，如后述的實(shí)施例所示， 實(shí)施模擬焊接線能量為40kJ/cm的焊接的焊接再現(xiàn)試驗(yàn)，接著進(jìn)行擺錘沖擊試驗(yàn)。
[0040] 進(jìn)行這些試驗(yàn)的結(jié)果是以下這樣的例子，即使是在上述NACE試驗(yàn)中能夠確保優(yōu) 異的抗HIC性的，鋼板表層部的HAZ韌性也比其他的部位（譬如板厚中央部）顯著降低。對 其原因進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查，結(jié)果首次發(fā)現(xiàn)，在鋼板表層部存在長徑或長邊為50 y m以上的粗 大的Ca系夾雜物，其成為脆性斷裂的起點(diǎn)。還有，上述所謂"長徑或長邊"，如后述的實(shí)施例 中進(jìn)行的夾雜物的尺寸測量，意思是在夾雜物的形狀為圓形和橢圓形等時(shí)稱為長徑，為長 方形時(shí)稱為長邊。
[0041] 由此出發(fā)，因?yàn)闅v來以抑制MnS為目的而大量添加Ca，所以與鋼液的接觸角大的 Ca系夾雜物，特別是Ca系氧化物生成，其在制造過程的凝固途中形成凝聚合并體，粗大化 并浮起，容易聚集在鋼板表層部，其結(jié)果認(rèn)為，在表層的焊接熱影響部，粗大的Ca系夾雜物 成為脆性斷裂的起點(diǎn)而使HAZ韌性劣化。
[0042] 因此本發(fā)明者們，對于在板厚方向從表面至深度5_的區(qū)域，也就是鋼板表層部 存在的長徑或長邊為50 y m以上的粗大的Ca系夾雜物與HAZ韌性的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查。其結(jié)果 發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)成優(yōu)異的HAZ韌性，如后述的實(shí)施例所示，為了達(dá)成A vTrs([l/2t的vTrs] - [表層的vTrs])在0°C以上，并且表層的斷裂轉(zhuǎn)變溫度為室溫（25°C)以下，需要上述長徑 或長邊為50 y m以上的粗大的Ca系夾雜物的個(gè)數(shù)密度抑制在2. 0個(gè)/mm2以下。還有，在本 發(fā)明中，上述所謂"Ca系夾雜物"，如后述的實(shí)施例所述，是指設(shè)除去S、0、N的全部的元素為 1〇〇質(zhì)量％時(shí)的Ca量（質(zhì)量％)為60質(zhì)量％以上的夾雜物。作為該Ca系夾雜物，例如，除 了 Ca氧化物、Ca硫化物、Ca氧硫化物以外，還可列舉以上這些與其他的夾雜物的復(fù)合夾雜 物等。上述50 ym以上的Ca系夾雜物的個(gè)數(shù)密度，優(yōu)選為1. 8個(gè)/mm2以下，更優(yōu)選為1. 5 個(gè)/mm2以下，最優(yōu)選為0個(gè)/mm2。
[0043] 在本發(fā)明中，為了進(jìn)一步確保HAZ韌性，而使長徑或長邊為300nm以下的TiN大量 分散。TiN在焊接加熱時(shí)抑制奧氏體晶粒的粗大化，并且在焊接加熱后的冷卻過程中作為晶 內(nèi)鐵素體的相變核起作用，有助于焊接熱影響部的組織微細(xì)化。為了得到這一效果，使長徑 或長邊為300nm以下的TiN的個(gè)數(shù)密度為5X102個(gè)/ ym2以上。上述TiN的個(gè)數(shù)密度，優(yōu) 選為8X102個(gè)/ym2以上，更優(yōu)選為10X102個(gè)/ym2以上，進(jìn)一步優(yōu)選為20X102個(gè)/ym2 以上。還有，TiN越多越為優(yōu)選，沒有特別設(shè)定個(gè)數(shù)密度的上限，但從本發(fā)明的成分組成范 圍等出發(fā)，其上限為150X102個(gè)/ym2左右。
[0044] 還有，作為上述對象的TiN的尺寸的下限值，如后述的實(shí)施例所示，是能夠使用透 射型電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM)，以例如觀察倍率10萬倍辨 認(rèn)的大約50nm以上。上述Ca系夾雜物的個(gè)數(shù)密度和TiN的個(gè)數(shù)密度，以后述的實(shí)施例所 述的方法求得。
[0045] 為了確保優(yōu)異的抗HIC性和HAZ韌性，需要進(jìn)行上述鋼板表層部的控制，并且控制 鋼板和使用該鋼板得到的鋼管等的鋼材的成分組成。此外，為了確保例如作為管線管用鋼 板和壓力容器用鋼板所要求的高強(qiáng)度和優(yōu)異的焊接性等的上述抗HIC性以外的特性，也需 要使鋼板的成分組成如下。以下，對于