[发明专利]超超低碳、高强度、耐氢脆合金及非金属夹杂物控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及沉淀强化Fe-Ni基奥氏体抗氢脆合金领域，具体地说是一种超超低碳、高强度、耐氢脆Fe-Ni基奥氏体合金及其Ti₂CS型非金属夹杂的控制方法。

背景技术

沉淀强化Fe-Ni基奥氏体抗氢脆合金是在单相奥氏体合金基础上发展起来的。该类合金的共同特点是添加Ti、Al或者Nb等合金化元素，通过固溶+时效热处理，在合金中析出与基体具有共格关系的γ′-Ni₃(Al,Ti)强化相，达到提高合金强度的目的，典型合金如国外的A286、JBK-75、IN903，国内的J75、J90、J100也属于此类合金。研究证实，合金中具有共格关系的γ′相对合金的抗氢损伤能力无明显影响，而与基体具有非共格关系的析出相与基体形成的界面是强的氢陷阱，氢会在该界面聚集，恶化合金抗氢损伤能力。因此，该类合金要求严格控制碳化物、氧化物和硫化物等非金属夹杂物，亦是该类合金中一般要求C≤0.02wt.%、S≤0.006wt.%、P≤0.006wt.%的一个重要原因。研究发现，尽管C、S、P杂质元素控制在上述范围内，可消除合金中常见的A型硫化物类（如FeS）和B型氧化铝类夹杂物，D类球状氧化物也可控制在≤1.0级以下，但合金中会生成一种特殊的Ti₂CS型非金属夹杂物（如图1）。参照GB 10561-2005，Ti₂CS型非金属夹杂物评级在2.0级以上，Ti₂CS的生成原因在于，该类合金为保证合金强度，会添加大于2.0wt.%的Ti，而Ti是极其活泼的元素，即使在C、S等元素含量较低的情况下，熔炼过程中也易于与Ti形成化合物。沉淀强化高Fe-Ni基奥氏体合金是在临氢环境下使用的合金，控制非金属夹杂物的含量，对于保证合金强度和耐氢脆能力，以及对合金的工程应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯净度、高强度、耐氢脆合金及其Ti₂CS型非金属夹杂物的控制方法，该种合金具有超低C、S、P杂质含量，同时具有高强度和耐氢脆性能，同时提供的熔炼方法可消除Ti₂CS型非金属夹杂物，实现合金组织纯净化控制。

本发明的技术方案是：

一种超超低碳的高强度、耐氢脆Fe-Ni基奥氏体合金，其主要成分范围如下（重量百分比）：

Ni：29.0～32.0，Cr：14.0～16.0，Mo：1.30～1.50，钛：1.60～2.30，铝：0.2～0.5，硅：0.1～0.3，硼：0.001～0.006，铁及不可避免的残余元素：余量。

所述的超超低碳、高强度、耐氢脆Fe-Ni基奥氏体合金，不可避免的残余元素包括：碳、硫、磷，按重量百分比计，碳含量控制在≤0.010，硫含量控制在≤≤0.002，磷含量控制在≤0.006，合金中无Ti₂CS型非金属夹杂物的生成。

上述超超低碳、高强度、耐氢脆Fe-Ni基奥氏体合金Ti₂CS型非金属夹杂物控制方法，采用真空感应熔炼→钢模铸造→铸锭真空自耗重熔→锻造→轧制的方法制备合金棒材，再通过固溶+时效热处理达到合金的强化。通过采用低磷高纯铁做原料，控制合金中的磷杂质含量；通过采用CaO坩埚进行真空感应熔炼，以及精炼脱硫、脱碳工艺有效控制合金中的碳、硫杂质含量，抑制Ti₂CS型非金属夹杂物的形成，提高合金的耐氢脆性能；通过锻造、轧制获得所需规格尺寸的棒材；通过最终的固溶+时效热处理，使合金中析出适宜尺寸和数量的γ′强化相，保证合金具有高的强度，具体步骤如下：

1、控制合金中的碳含量≤0.010（重量百分比）。

2、控制合金中的硫含量≤0.002、磷含量≤0.006（重量百分比）。

3、控制合金中的主要成分（重量百分比%）如下：

Ni：29.0～32.0，Cr：14.0～16.0，Mo：1.30～1.50，钛：1.60～2.30，铝：0.2～0.5，硅：0.1～0.3，硼：0.001～0.06，碳≤0.015，硫≤0.002，磷≤0.006，铁：余量。

4、以磷含量低于0.007wt.%工业纯铁、电解镍、金属铬、金属钼及其它中间合金（如：硅铁、硼铁、钛铁和铝铁）为原料，熔炼前先将Fe、Ni、Cr和Mo装入坩埚中，将硅铁、钛铁、铝铁、硼铁和钙质脱硫剂装入料斗。