专利名称：基于载流子控制技术制备抗hic应力开裂钢的方法
技术领域：
本发明属于抗HIC应力开裂钢的制备领域，特别涉及一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法。
背景技术：
氢诱发开裂是指金属材料在含硫化氢介质的作用下由电化学腐蚀过程中析出的氢进入金属材料内部产生阶梯型裂纹。这些裂纹的生长发育最终使金属材料发生开裂。如果裂纹残存在管壁的表面，还会在管壁形成氢鼓泡。氢诱发开裂可使管线钢在没有任何明显预兆的情况下突然开裂，因此其破坏性和危害性极大。为确保钢材的安全性及正常运营， 对抗氢诱发开裂性能影响因素的研究十分必要。通常抗氢致开裂HIC主要是针对低碳高强度结构钢制压力管线讲的(现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢)。目前国内生产的此类专用钢(抗HIC专用钢)主要材料牌号有16MnR(HIC)，20R(HIC)，SA516 (HIC)。其中 16MnR 的主要合金成分是 C、Si、Mn、 P、S等，总合金成分含量不超过总质量的3%。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，该方法利用了载流子密度与16MnR抗HIC性能之间的关系制备抗HIC应力开裂钢，该制备方法简单，成本相对较低，对设备的要求不高，适合规模化生产；所得的抗HIC 应力开裂钢抗HIC应力开裂性能高。本发明的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，包括(1)配制纳米混合粉体将纳米Cu 1. 0-1. 5g、纳米Al 1. 0-1. 5g、纳米Cr 0. 5-1. 5g和纳米BN 0. 5-1. 5g混合，得纳米混合粉体；(2)将上述纳米混合粉体与IOOg钢水混合后，进行熔炼，浇铸得到板坯；最后将所得板坯进一步加工，即得抗HIC应力开裂高强钢。步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 1.0g、1.0g、0· 5g 和 0. 5g。步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 1.5g、1.5g、0. 5g 和 0. 5g。步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 L0g、1.0g、1.5g 和 1.5g。步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 1.5g、1.5g、1.5g 和 1.5g。步骤⑵中所述的钢材的钢号为16MnR、20R或SA516。步骤⑵中所述的熔炼中，熔炼温度为1550-1600°C，熔炼时间为40-50min。步骤⑵中所述的熔炼为在中频感应熔炼炉中进行熔炼。
上述的中频感应熔炼炉为非真空中频感应熔炼炉。本发明运用载流子控制技术，对载流子密度与16MnR抗HIC性能之间的关系进行了深入研究，具体操作步骤如下(1)掺杂元素配料主要是纳米级别Cu、Al、Cr、BN，将纳米Cu、纳米Al、纳米Cr、纳米BN分别按不同质量称出4组比例样品，放入干燥光口杯混合均勻，即得到4组纳米混合粉体；其中4组纳米混合粉体中Cu、Al、Cr、BN的含量分别是1. OgU. 0g、0. 5g、0. 5g ；1. 5g、 1. 5g、0. 5g、0. 5g ；1. 0g、l. 0g、l. 5g、l. 5g ；1. 5g、l. 5g、l. 5g、l. 5g，分别编号 1、2、3 和 4 ；(2)将步骤(1)中的4组纳米混合粉体分别与IOOg 16MnR钢放入非真空中频感应熔炼炉中进行非真空熔炼，熔炼温度1600°C，熔炼时间50min，然后分别浇铸得到4种板坯 (改性板坯1、改性板坯2、改性板坯3和改性板坯4)；(3)将一个用来对比的IOOg未改性的16MnR钢放入非真空中频感应熔炼炉中进行非真空熔炼，熔炼温度1600°C，熔炼时间50min，然后浇铸得未改性板坯；(4)将步骤⑵和(3)所得到的板坯分别在600°C下均勻化处理证，然后在1000°C 下经辊轧机(L6500)分3次分别轧制成厚4mm的薄板，水冷后再冷轧一次；再将轧制后的钢板进行退火处理，在温度800°C保温汕；(5)分别将步骤⑷轧制后的钢板线切割出IOmmX IOmm大小的小块，用来做载流子测试；另一大部分来做抗HIC实验。载流子密度的测试，其具体步骤如下(1)以小块试样为测试电极基材，经环氧树脂密封后，取其中一个平整表面作为工作面，采用细金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，即得测试电极，把测试电极放置于干燥器中备用。(2)将待测电极浸泡入由分析纯试剂和去离子水配制的10% Na2SO4溶液，以饱和甘汞电极为参比电极，钼电极为辅助电极，在电脑控制的CHI660C电化学工作站上进行电位-电容测试，然后将数据绘制Mott-Schottky分析图，并根据Mott-Schottky关系式
1 2 ( 型7^ = ^— -U + U^ ——
Csc ￡￡0eND \e JN 刑 12 (AU2 (υ U
土 . Csc2 ss0eND、 ^c e J ss0eND、e )其中，Csc为空间电荷层电容，ε为有机涂层材料的介电常数(19. 547X 10_13F/ m), ε0为真空介电常数(为8. 854 X 10_12F/m)，e为电子电量，Nd为载流子密度，U为外加电位，Ufb为平带电位，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度；因此，由Mott-Schottky分析图的直线段斜率即可求出改性钢板载流子密度Nd。表1为钢板在改性前后的载流子浓度值。表1.钢板改性前后载流子浓度
权利要求
1.一种基于载流子控制技术制备抗Hic应力开裂钢的方法，包括(1)将纳米Cu 1. 0-1. 5g、纳米 Al 1. 0-1. 5g、纳米 Cr 0. 5_1. 5g 和纳米 BN 0.5-1. 混合，得纳米混合粉体；(2)将上述纳米混合粉体与IOOg钢水混合后，在温度1550-1600°C，时间40-50min，进行熔炼，浇铸得到板坯；最后将所得板坯进一步加工，即得抗HIC应力开裂钢。
2.根据权利要求1所述的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，其特征在于步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 1.0g、1.0g、0· 5g 和 0. 5g。
3.根据权利要求1所述的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，其特征在于步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 1.5g、1.5g、0. 5g 和 0. 5g。
4.根据权利要求1所述的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，其特征在于步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 L0g、1.0g、1.5g 和 1.5g。
5.根据权利要求1所述的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，其特征在于步骤(1)中所述的纳米混合粉体中纳米Cu、纳米Al、纳米Cr和纳米BN的质量分别为 1.5g、1.5g、1.5g 和 1.5g。
6.根据权利要求1所述的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，其特征在于步骤O)中所述的熔炼为在中频感应熔炼炉中进行熔炼。
7.根据权利要求8所述的一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，其特征在于所述的中频感应熔炼炉为非真空中频感应熔炼炉。
全文摘要
本发明涉及一种基于载流子控制技术制备抗HIC应力开裂钢的方法，包括(1)将纳米Cu 1.0-1.5g、纳米Al 1.0-1.5g、纳米Cr 0.5-1.5g和纳米BN 0.5-1.5g混合，得纳米混合粉体；(2)将上述纳米混合粉体与100g钢放入中频感应熔炼炉中进行熔炼，浇铸得到板坯；最后将所得板坯进一步加工，即得。本发明通过研究得出的载流子密度与钢抗HIC性能之间的关系，即随着钢中载流子浓度数量级的上升，钢抗HIC应力开裂性能也随之提高，制备抗HIC应力开裂钢，本发明的制备方法简单，对设备的要求不高，适合规模化生产；本发明所得的钢抗HIC应力开裂性能高。
文档编号C22C33/04GK102409219SQ20111030706
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者刘卫东, 王国庆, 罗检, 肖轶, 邱允荣, 钟庆东, 陈晓冬 申请人:南通宝钢钢铁有限公司