[发明专利]一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法

说明书

本发明涉及氢能装备关键材料部件领域，具体地说是一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法。按重量百分计，板材的化学成分为，Ni：29.50～31.50，Cr：14.00～16.00，Mo：0.90～1.50，V：0.10～0.40，Ti：1.80～2.40，Al：0.60～0.80，B：0.001～0.0030，Fe：余量。本发明基于纳米尺寸γ′‑Ni₃(Al,Ti)强化相的引入和晶界调控来保证板材的高强度和耐氢脆能力，通过真空感应熔炼→钢模铸造→真空自耗冶炼→锻造→热轧制→冷轧制→固溶处理→小变形冷轧→退火处理→时效处理的方法制备板材。本发明专用板材的宽度不小于800mm、厚度在0.4～0.6mm、长度不小于1000mm，板材表面粗糙度Ra≤0.8μm、不平度不大于10mm/m，厚度精度±0.05mm，其室温和250℃屈服强度都可达600MPa以上。

技术领域

本发明涉及氢能装备关键材料部件领域，具体地说是一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法。

背景技术

90MPa氢气隔膜压缩机(以下称氢压机)是70MPa加氢站建设所不可或缺的关键装备，其稳定性、可靠性和使用效率对整个加氢站至关重要。膜片是氢压机中的关键部件，不但起到隔离润滑油和压缩氢气的作用，而且在液压油传递的压力作用下做往复运动，从而达到增压的目的。应予指出的是，服役过程中，膜片面临高压、氢气，以及交变载荷和温度循环的复杂苛刻工况条件，易于产生氢致开裂，导致膜片失效破坏，是妨碍高压氢压机研发和工程应用的瓶颈问题。目前国内运行的30MPa示范加氢站中使用的氢压机设计压力为35MPa，其临氢气侧膜片材料较多使用316L不锈钢。工程实践发现，随着服役氢压升高至52MPa，临氢气侧316L膜片的服役寿命显著降低(寿命甚至不足35MPa加氢机的1/5～1/10)；当服役氢压进一步升高至90MPa(70MPa加氢站用氢压机设计压力为90MPa)后，316L膜片的服役寿命甚至会降至不足35MPa加氢机寿命的1/10～1/20，究其原因在于膜片所用316L板材综合性能的不足(较低的高温强度和耐疲劳性能)。应看到的是，我国未来建设的加氢站正在向着70MPa压力级的方向发展，这对加氢站关键装备和部件提出了更高的要求。不言而喻，开发具有更为优异综合性能的耐氢脆奥氏体合金板材，满足90MPa及更高压力级别氢压机的设计和使用要求，需求十分迫切。

发明内容

针对氢能装备关键材料部件需求，本发明的目的在于提供一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，以满足90MPa氢压机对高性能临氢膜片设计和使用的迫切要求。

本发明的技术方案是：

一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材宽度不小于800mm、厚度在0.4～0.6mm、长度不小于1000mm，板材表面粗糙度Ra≤0.8μm、不平度不大于10mm/m，厚度精度±0.05mm；按重量百分比计，板材的主要成分范围如下：

Ni：29.50～31.50，Cr：14.00～16.00，Mo：0.90～1.50，V：0.10～0.40，Ti：1.80～2.40，Al：0.60～0.80，B：0.001～0.0030，Fe及不可避免的残余元素：余量；不可避免的残余元素包括：碳、硫、磷，碳含量控制在≤0.020，硫含量控制在≤0.005，磷含量控制在≤0.007；

所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，该板材的制备具体过程如下：

(1)以磷含量低于0.007wt.％优质工业纯铁、电解镍、金属铬、金属钼及其它中间合金：硅铁、硼铁、钛铁和铝铁为原料，采用热稳定性高的坩埚进行真空感应熔炼，在1530～1570℃精炼处理10～15分钟，随后依次加入硅铁、钛铁、铝铁、硼铁和脱硫剂，再进行5～15分钟精炼脱硫，在1480～1520℃浇铸铸锭；

(2)真空自耗冶炼；