一種牌號為j75的高強(qiáng)度耐氫脆奧氏體合金及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及沉淀強(qiáng)化奧氏體合金領(lǐng)域，具體地說是一種牌號為J75的高強(qiáng)度耐氫 脆奧氏體合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 較之鐵素體和馬氏體合金，奧氏體合金中的氫溶解度更高而氫擴(kuò)散系數(shù)更低，因 此具有較佳的抗氫脆能力，是一類可在臨氫環(huán)境中使用的合金。但應(yīng)指出的是，目前國內(nèi)在 臨氫環(huán)境中使用的奧氏體合金皆為單相奧氏體合金（如：316L、304N等），其室溫塑性、加工 和抗氫性能雖好，但強(qiáng)度偏低（屈服強(qiáng)度為200~450MPa級），致使這類合金的使用范圍受 到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對臨氫環(huán)境對高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料的迫切使用需求，本發(fā)明的目的在于提供一種牌 號為J75的高強(qiáng)度抗氫脆奧氏體合金及其制備方法，以提高奧氏體合金的抗氫脆能力，并 具有較好的綜合力學(xué)性能。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] -種牌號為J75的高強(qiáng)度耐氫脆奧氏體合金，其主要成分范圍如下（重量百分 比）：
[0006] B :0? 0008 ~0? 0025, Si :0? 10 ~0? 30, Ni :29. 00 ~32. 00, Cr :13. 50 ~16. 50， Mo :1. 00 ~1. 60, V :0? 15 ~0? 35, Ti :1. 80 ~2. 40, A1 :0? 10 ~0? 40, Fe 及不可避免的殘 余元素：余量。
[0007] 所述的牌號為J75的高強(qiáng)度耐氫脆奧氏體合金，不可避免的殘余元素包括：碳、 硫、磷，按重量百分比計(jì)，碳含量控制在< 0. 020,硫含量控制在< 0.006,磷含量控制在 ^ 0. 006〇
[0008] 所述的牌號為J75的高強(qiáng)度耐氫脆奧氏體合金的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉一 鋼模鑄造一真空自耗冶煉一鍛造和/或乳制的方法制備合金棒材。通過采用低磷高純鐵做 原料，控制合金中的磷雜質(zhì)含量；通過采用CaO坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，有效控制合金中的 碳、硫、磷雜質(zhì)和非金屬夾雜物含量；通過真空自耗冶煉降低元素偏析，確保微量元素硼的 含量，提高合金的耐氫脆性能；通過鍛造和/或乳制獲得所需規(guī)格尺寸的棒材，具體步驟如 下：
[0009] 1、控制合金中的硼含量為0? 0008~0? 0025(重量百分比）。
[0010] 2、控制合金中的碳含量< 0.020 (重量百分比）。
[0011] 3、控制合金中的硫含量< 0. 006、磷含量< 0.006 (重量百分比）。
[0012] 4、控制合金中的主要成分（重量百分比％ )如下：
[0013] Si :0? 10 ~0? 30, Ni :29. 00 ~32. 00, Cr :13. 50 ~16. 50, Mo :1. 00 ~1. 60, V: 0? 15 ~0? 35, Ti :1. 80 ~2. 40, A1 :0? 10 ~0? 40, Fe:余量。
[0014] 5、控制合金中的非金屬夾雜物含量如下：
[0015]
[0016] 6、控制合金鑄錠的低倍組織如下：
[0017]
[0018] 7、控制合金棒材的晶粒度，直徑不大于80mm的熱乳棒材晶粒度不低于6級；直徑 大于80mm的熱乳棒材和鍛材晶粒度不低于5級。
[0019] 8、以磷含量低于0. 007wt.%優(yōu)質(zhì)工業(yè)純鐵、電解鎳、金屬鉻、金屬鉬及其它中間合 金（如：娃鐵、硼鐵、鈦鐵和鋁鐵）為原料，熔煉前先將Fe、Ni、Cr和Mo裝入坩堝中，將硅鐵、 欽鐵、錯(cuò)鐵、棚鐵和媽質(zhì)脫硫劑裝入料斗。
[0020] 9、采用CaO坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，在1530~1570°C精煉處理10~15分鐘，隨 后依次加入硅鐵、鈦鐵、鋁鐵、硼鐵和脫硫劑，再次進(jìn)行5~15分鐘精煉，利用CaO坩堝的熱 穩(wěn)定性和脫硫劑進(jìn)行脫硫處理，在1480~1520°C澆鑄鑄錠。
[0021] 10、步驟9所述鑄錠表面打磨處理后進(jìn)行常規(guī)真空自耗冶煉，澆鑄鑄錠。
[0022] 11、所述真空自耗冶煉鑄錠，經(jīng)表面打磨處理后在1050~1150°C保溫4~12h后 進(jìn)行合金鍛造，開坯鍛造溫度1050~1150°C，終鍛溫度880~100(TC，獲得鍛棒；在鍛至最 終規(guī)格前允許回爐再加熱，在1050~1150°C下保溫1~4h。
[0023] 12、所述鍛棒在1050~1150°C保溫2~6h后進(jìn)行乳制，開坯乳制溫度1050~ 1150°C，終乳溫度850~950°C，應(yīng)一次乳制成所需規(guī)格棒材，不進(jìn)行中間退火處理。
[0024] 13、步驟11和/或步驟12中所述棒材進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，直徑不大于65mm的棒材 檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合GB/T 4162《鍛乳鋼棒超聲檢驗(yàn)方法》中AA級規(guī)定，直徑大于65mm的棒材 檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合GB/T 4162《鍛乳鋼棒超聲檢驗(yàn)方法》中A級規(guī)定。
[0025] 14、取步驟12所述乳棒，垂直于乳棒縱截面截取金相試樣，按標(biāo)準(zhǔn)的金相試驗(yàn)方 法制備試樣，按GB/T 9394《金屬平均晶粒度測定方法》規(guī)定進(jìn)行晶粒度評定。
[0026] 15、取步驟12所述乳棒進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度控制在970~990°C、保溫時(shí) 間0. 5~2h，水淬。
[0027] 16、取步驟15中經(jīng)固溶處理后的棒材進(jìn)行730~750°C保溫7~9h的時(shí)效處理， 空冷。
[0028] 17、取步驟15中經(jīng)固溶處理后的棒材，沿乳制棒材縱截面截取金相試樣，按標(biāo)準(zhǔn) 的金相試驗(yàn)方法制備試樣，按GB/T 10561《鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法》進(jìn)行夾雜物 評定。
[0029] 18、取步驟16中經(jīng)時(shí)效處理后的棒材，加工拉伸試樣，按GB/T 228. 1《金屬材料拉 伸試驗(yàn)低1部分室溫試驗(yàn)方法》進(jìn)行室溫力學(xué)性能檢測。
[0030] 19、取步驟16中經(jīng)時(shí)效處理后的棒材，加工拉伸試樣，按GB/T 4338《金屬材料高 溫拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行550°C力學(xué)性能檢測。
[0031] 20、取步驟16中經(jīng)時(shí)效處理后的棒材加工拉伸試樣，隨后進(jìn)行300°C、10MPa、高純 氫（體積純度彡99. 999% )、10天的充氫處理，按GB/T 228. 1進(jìn)行力學(xué)性能檢測。
[0032] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想為：
[0033] 本發(fā)明基于單相奧氏體合金的優(yōu)異性能，通過Ti、A1合金化在單相奧氏體合金中 引入與基體具有共格關(guān)系的Y'-Ni3(Al，Ti)強(qiáng)化相，并通過控制其尺寸和分布獲得高強(qiáng) 度和較佳塑性匹配。J75合金的室溫屈服強(qiáng)度（RpO. 2)可達(dá)690MPa以上，同時(shí)兼有良好的 室溫塑性（室溫延伸率高于22%，斷面收縮率高于35% )和抗氫脆能力，可作為高強(qiáng)度結(jié) 構(gòu)材料在臨氫環(huán)境中使用。另外，該種合金采用真空感應(yīng)加真空自耗冶煉制備，化學(xué)成分中 含微量有益元素硼，同時(shí)合金中碳、硫和磷雜質(zhì)元素和非金屬夾雜物含量低，經(jīng)鍛造和/或 乳制加工后，合金的晶粒尺寸適中。
[0034] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
[0035] 1、本發(fā)明牌號為J75的高強(qiáng)度抗氫脆奧氏體合金，添加了 0.0008~0.0025 (重量 百分比）的微量元素硼，同時(shí)碳、硫和磷雜質(zhì)元素和非金屬夾雜物含量低、晶粒尺寸適中， 具有優(yōu)異的室溫和550°C高溫力學(xué)性能，抗氫脆性能優(yōu)異，可作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料在臨氫環(huán) 境中使用。
[0036] 2、本發(fā)明合金的室溫力學(xué)性能滿足：屈服強(qiáng)度（RpO. 2)不低于690MPa，抗拉強(qiáng)度 (伽）不低于98010^，室溫延伸率仏）不低于22%，斷面收縮率（2)不低于35%。
[0037] 3、本發(fā)明合金的550°C高溫力學(xué)性能滿足：屈服強(qiáng)度（RpO. 2)不低于620MPa，抗拉 強(qiáng)度（伽）不低于88010^，室溫延伸率仏）不低于22%，斷面收縮率（2)不低于35%。
[0038] 4、本發(fā)明合金飽和熱充氫后的力學(xué)性能滿足：屈服強(qiáng)度（RpO.2)不低于690MPa， 抗拉強(qiáng)度（Rm)不低于980MPa以上，室溫延伸率（A)不低于20%，斷面收縮率（Z)不低于 30%〇
【具體實(shí)施方式】
[0039] 實(shí)施例1:規(guī)格為〇65mm的J75合金乳制棒材
[0040] 采用CaO坩堝，在1. 0噸真空感應(yīng)爐上熔煉合金，熔煉過程中進(jìn)行一次精