[发明专利]一种含硼的高强度、耐氢脆合金及其组织均匀性控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金领域，具体地说是一种含硼的高强度、耐氢脆合金及其组织均匀性控制方法。

背景技术

沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金是在单相奥氏体合金基础上发展起来的，该类合金的高强度源于与基体具有共格关系的强化相γ′-Ni₃(Al，Ti)，典型的合金如国外的A286、JBK-75，国内的J75、J90也属于此类合金。在沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金(如J75合金)添加硼，可有效抑制合金在时效过程中析出晶界η-Ni₃Ti相，改善合金的室温塑性和耐氢脆性能。研究发现，随合金中硼含量的增加，合金的再结晶温度和晶粒长大速率会发生变化，易于在合金中出现局部细晶晶组织(如图1)，恶化合金的室温力学性能和耐氢脆能力。沉淀强化Fe-Ni基奥氏体合金是在固溶+时效处理的状态下使用，因此通过适宜的固溶处理方法，消除局部细晶组织，实现合金组织均匀性控制，对于该种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含硼的高强度、耐氢脆合金及其组织均匀性控制方法，该种合金中硼含量不同时具有不同的耐氢脆性能，同时提供的组织均匀性控制方法可消除由于硼含量增加所带来的局部细晶组织，实现合金组织均匀性控制。

本发明的技术方案是：

一种含硼的高强度、耐氢脆合金，其主要成分范围如下(重量百分比)：

Ni：29.5～31.5，Cr：13.5～16.5，Mo：1.1～1.5，钒：0.1～0.5，钛：1.6～2.4，铝：0.1～0.6，硼：0.001～0.01，铁及不可避免的残余元素：余量。

所述的含硼的高强度、耐氢脆合金，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≤0.015，硫含量控制在≤0.00，磷含量控制在≤0.006。

上述含硼的高强度、耐氢脆合金的组织均匀性控制方法，采用真空感应熔炼→钢模铸造→铸锭均匀化→锻造的方法制备合金棒材，再通过固溶+时效处理达到合金的强化。通过采用CaO坩埚进行真空感应熔炼，有效控制合金中的碳、硫、磷杂质含量，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，消除局部细晶组织并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和塑性匹配，具体步骤如下：

1、以工业纯铁、电解镍、金属铬、金属钼及其它中间合金(如：硼铁、钒铁、钛铁和铝铁)为原料，采用CaO坩埚进行真空感应熔炼，浇注铸锭。控制合金中的化学成分(重量百分比)如下：

Ni：29.5～31.5，Cr：13.5～16.5，Mo：1.1～1.5，钒：0.1～0.5，钛：1.6～2.4，铝：0.1～0.6，硼：0.001～0.01，碳≤0.015，硫≤0.005，磷≤0.006，铁：余量。

2、所述铸锭进行1160～1200℃的均匀化处理，当硼含量低于0.004时，保温时间22～26h；当硼含量在0.004～0.01范围时，保温时间46～50h。

3、所述铸锭均匀化处理后，在1050～1150℃保温2～8h后进行合金锻造，开坯锻造温度1050～1150℃，终锻温度900～1000℃，获得锻棒；在锻至最终规格前允许回炉再加热，在1050～1150℃下保温1～3h。

4、所述锻棒在1050～1150℃保温2～4h后进行轧制，开坯轧制温度1050～1150℃，终轧温度900～1000℃，应一次轧制成所需规格棒材，不进行中间退火处理。

5、取步骤4中的轧棒进行固溶处理，当硼含量低于0.004时，固溶处理温度控制在970～990℃、保温时间0.5～2h，水淬；当硼含量在0.004～0.01范围时，固溶处理温度控制在1020～1040℃、保温时间0.5～2h，水淬。

6、取步骤5中经固溶处理后的棒材进行720～750℃保温8～32h的时效处理。

7、取步骤6中经时效处理后的棒材，沿轧制棒材横截面截取金相试样，按标准的金相试验方法制备试样，腐蚀剂选用5～15wt％的铬酸，观察组织均匀性。

8、取步骤6中经时效处理后的棒材，加工拉伸试样，按GB228-2002《金属拉伸试验方法》进行力学性能检测。

9、取步骤6中经时效处理后的棒材加工拉伸试样，随后进行300℃、10MPa、高纯氢(体积纯度≥99.999％)、10天的充氢处理，按GB228-2002《金属拉伸试验方法》进行力学性能检测。