[發(fā)明專利]一種海洋工程用耐應(yīng)力腐蝕低合金高強(qiáng)鋼及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011426078.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112695247A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉智勇;李曉剛;吳偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/58;C22C38/42;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/60;C22C33/04;B21B37/74
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供海洋工程用耐應(yīng)力腐蝕低合金高強(qiáng)鋼，其特征在于，該低合金高強(qiáng)鋼中化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為：C:0.04％～0.08％,Si:0.2％～0.3％,Mn:1.45％～1.65％,P≤0.015％,S≤0.005％,Cr:0.4％～0.5％,Cu:0.25％～0.35％,Ni:0.75％～0.85％,Ti:0.005％～0.015％，Nb:0.03％～0.06％，Sb:0.05％～0.1％，其余為Fe。本發(fā)明最終制成屈服強(qiáng)度大于690MPa的低合金高強(qiáng)鋼鋼板，使低合金高強(qiáng)鋼的耐應(yīng)力腐蝕能力較未添加對照鋼提升近50％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低合金高強(qiáng)鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海洋工程用耐應(yīng)力腐蝕 低合金高強(qiáng)鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，隨著我國海洋開發(fā)等戰(zhàn)略的全面實施，海洋工程用低合金高強(qiáng)鋼的 需求量和性能要求不斷攀升。海洋工程用低合金高強(qiáng)鋼的工作環(huán)境一般都很惡 劣，具有高溫、高濕、高鹽霧和苛刻的應(yīng)力載荷等特點。在環(huán)境和力學(xué)因素的 綜合作用下，海洋工程用低合金高強(qiáng)鋼極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，且隨著海洋裝 備大型化和材料強(qiáng)度的逐步提升，海洋工程材料應(yīng)力腐蝕問題日益突出，對海 洋工程的安全性和可靠性造成嚴(yán)重威脅。

海洋環(huán)境中應(yīng)力腐蝕裂紋尖端是一個Cl^-自催化的酸性微環(huán)境，導(dǎo)致其應(yīng) 力腐蝕機(jī)理為陽極溶解和氫脆混合控制機(jī)制。陽極溶解過程與局部酸性且含 Cl^-環(huán)境中的電化學(xué)活性有關(guān)，氫脆過程與局部酸性導(dǎo)致的析氫反應(yīng)、鋼中氫 原子濃度、氫的擴(kuò)散和分布有關(guān)，二者均能導(dǎo)致微裂紋的萌生和擴(kuò)展，且具有 協(xié)同作用而加劇應(yīng)力腐蝕開裂。

微合金化的元素設(shè)計是海洋工程用低合金高強(qiáng)鋼性能提升的主要手段，但 目前的耐蝕元素設(shè)計難以實現(xiàn)耐應(yīng)力腐蝕性能的提升，而基于上述應(yīng)力腐蝕機(jī) 理進(jìn)行逆向微合金化設(shè)計才是提高低合金高強(qiáng)鋼耐應(yīng)力腐蝕能力的有效手段。

然而由國內(nèi)外研究進(jìn)展可知，目前更多研究集中在提高鋼的抗氫性能，針 對陽極溶解和氫脆耦合機(jī)制的耐蝕材料設(shè)計的研究還鮮有報道。Nb微合金化 處理能夠優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，通過形成納米析出相來改善鋼中氫分布，提高組 織結(jié)構(gòu)的抗氫致開裂能力；Sb微合金化處理能夠降低高強(qiáng)鋼在酸性含Cl^-環(huán)境 中的電化學(xué)活性，并改善腐蝕產(chǎn)物膜性質(zhì)，緩解銹層下局部陽極溶解過程。因 此，Nb和Sb元素復(fù)合添加可能同時抑制陽極溶解和氫脆機(jī)制，提高海洋環(huán)境 下高強(qiáng)鋼的耐應(yīng)力腐蝕能力。然而，目前Nb和Sb雙機(jī)制微合金化高強(qiáng)鋼在 海洋環(huán)境中的耐應(yīng)力腐蝕性能方面尚未有專利報道，也未見二者元素的協(xié)同控制對海洋環(huán)境下高強(qiáng)鋼的耐應(yīng)力腐蝕能力的影響機(jī)理是否符合解決陽極溶解 和氫脆耦合機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含有Nb和Sb微合金元素的海洋工程用耐應(yīng) 力腐蝕低合金高強(qiáng)鋼及其制備方法，能夠生產(chǎn)屈服強(qiáng)度大于690MPa級的耐 應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異的海洋工程用低合金高強(qiáng)鋼。

本發(fā)明提供一種海洋工程用耐應(yīng)力腐蝕低合金高強(qiáng)鋼，利用Sb和Nb合 金化處理協(xié)同實現(xiàn)對低合金高強(qiáng)鋼的陽極溶解過程和氫脆過程的抑制，從而制 備得到強(qiáng)韌性達(dá)到E690鋼的海洋工程用耐應(yīng)力腐蝕低合金高強(qiáng)鋼。

優(yōu)選地，所述Sb合金元素是具備改善海洋環(huán)境下銹層中Cl^-富集及其誘發(fā) 的酸化現(xiàn)象并同時降低基體在酸性含Cl^-環(huán)境中的電化學(xué)活性的一個或多個合 金元素；所述Nb合金元素則是具備抑制海洋環(huán)境下的陰極析氫過程、形成不 可逆氫陷阱、以及改善微觀組織結(jié)構(gòu)的一個或多個合金元素。

優(yōu)選地，所述具備抑制海洋環(huán)境下的陰極析氫過程是通過降低析氫電流密 度來實現(xiàn)的，所述形成不可逆氫陷阱是通過提高鋼中氫陷阱密度來實現(xiàn)的，所 述改善微觀組織結(jié)構(gòu)是通過提高特殊界面處的抗氫能力來實現(xiàn)的。