[發(fā)明專利]一種含硼的高強度、耐氫脆合金及其組織均勻性控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110346494.5
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102409258A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙明久;戎利建;閆德勝;姜海昌;劉樹偉;胡曉峰;王本賢
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C21D8/06;C21D11/00
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及沉淀強化Fe-Ni基奧氏體合金領(lǐng)域，具體地說是一種含硼的高強度、耐氫脆合金及其組織均勻性控制方法。

背景技術(shù)

沉淀強化Fe-Ni基奧氏體合金是在單相奧氏體合金基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該類合金的高強度源于與基體具有共格關(guān)系的強化相γ′-Ni₃(Al，Ti)，典型的合金如國外的A286、JBK-75，國內(nèi)的J75、J90也屬于此類合金。在沉淀強化Fe-Ni基奧氏體合金(如J75合金)添加硼，可有效抑制合金在時效過程中析出晶界η-Ni₃Ti相，改善合金的室溫塑性和耐氫脆性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨合金中硼含量的增加，合金的再結(jié)晶溫度和晶粒長大速率會發(fā)生變化，易于在合金中出現(xiàn)局部細晶晶組織(如圖1)，惡化合金的室溫力學性能和耐氫脆能力。沉淀強化Fe-Ni基奧氏體合金是在固溶+時效處理的狀態(tài)下使用，因此通過適宜的固溶處理方法，消除局部細晶組織，實現(xiàn)合金組織均勻性控制，對于該種合金的工程應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含硼的高強度、耐氫脆合金及其組織均勻性控制方法，該種合金中硼含量不同時具有不同的耐氫脆性能，同時提供的組織均勻性控制方法可消除由于硼含量增加所帶來的局部細晶組織，實現(xiàn)合金組織均勻性控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種含硼的高強度、耐氫脆合金，其主要成分范圍如下(重量百分比)：

Ni：29.5～31.5，Cr：13.5～16.5，Mo：1.1～1.5，釩：0.1～0.5，鈦：1.6～2.4，鋁：0.1～0.6，硼：0.001～0.01，鐵及不可避免的殘余元素：余量。

所述的含硼的高強度、耐氫脆合金，不可避免的殘余元素包括：碳、硫、磷，按重量百分比計，碳含量控制在≤0.015，硫含量控制在≤0.00，磷含量控制在≤0.006。

上述含硼的高強度、耐氫脆合金的組織均勻性控制方法，采用真空感應(yīng)熔煉→鋼模鑄造→鑄錠均勻化→鍛造的方法制備合金棒材，再通過固溶+時效處理達到合金的強化。通過采用CaO坩堝進行真空感應(yīng)熔煉，有效控制合金中的碳、硫、磷雜質(zhì)含量，提高合金的耐氫脆性能；通過鍛造、軋制獲得所需規(guī)格尺寸的棒材；通過最終的固溶+時效熱處理，消除局部細晶組織并使合金中析出適宜尺寸和數(shù)量的γ′強化相，保證合金具有高的強度和塑性匹配，具體步驟如下：

1、以工業(yè)純鐵、電解鎳、金屬鉻、金屬鉬及其它中間合金(如：硼鐵、釩鐵、鈦鐵和鋁鐵)為原料，采用CaO坩堝進行真空感應(yīng)熔煉，澆注鑄錠。控制合金中的化學成分(重量百分比)如下：

Ni：29.5～31.5，Cr：13.5～16.5，Mo：1.1～1.5，釩：0.1～0.5，鈦：1.6～2.4，鋁：0.1～0.6，硼：0.001～0.01，碳≤0.015，硫≤0.005，磷≤0.006，鐵：余量。

2、所述鑄錠進行1160～1200℃的均勻化處理，當硼含量低于0.004時，保溫時間22～26h；當硼含量在0.004～0.01范圍時，保溫時間46～50h。

3、所述鑄錠均勻化處理后，在1050～1150℃保溫2～8h后進行合金鍛造，開坯鍛造溫度1050～1150℃，終鍛溫度900～1000℃，獲得鍛棒；在鍛至最終規(guī)格前允許回爐再加熱，在1050～1150℃下保溫1～3h。

4、所述鍛棒在1050～1150℃保溫2～4h后進行軋制，開坯軋制溫度1050～1150℃，終軋溫度900～1000℃，應(yīng)一次軋制成所需規(guī)格棒材，不進行中間退火處理。

5、取步驟4中的軋棒進行固溶處理，當硼含量低于0.004時，固溶處理溫度控制在970～990℃、保溫時間0.5～2h，水淬；當硼含量在0.004～0.01范圍時，固溶處理溫度控制在1020～1040℃、保溫時間0.5～2h，水淬。

6、取步驟5中經(jīng)固溶處理后的棒材進行720～750℃保溫8～32h的時效處理。

7、取步驟6中經(jīng)時效處理后的棒材，沿軋制棒材橫截面截取金相試樣，按標準的金相試驗方法制備試樣，腐蝕劑選用5～15wt％的鉻酸，觀察組織均勻性。

8、取步驟6中經(jīng)時效處理后的棒材，加工拉伸試樣，按GB228-2002《金屬拉伸試驗方法》進行力學性能檢測。

9、取步驟6中經(jīng)時效處理后的棒材加工拉伸試樣，隨后進行300℃、10MPa、高純氫(體積純度≥99.999％)、10天的充氫處理，按GB228-2002《金屬拉伸試驗方法》進行力學性能檢測。