[發明專利]超超低碳、高強度、耐氫脆合金及非金屬夾雜物控制方法

有效

• 申請號: 201210479943.8
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102994908A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 趙明久;戎利建;閆德勝;姜海昌;胡曉峰;宋元元;王本賢
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及沉淀強化Fe-Ni基奧氏體抗氫脆合金領域，具體地說是一種超超低碳、高強度、耐氫脆Fe-Ni基奧氏體合金及其Ti₂CS型非金屬夾雜的控制方法。

背景技術

沉淀強化Fe-Ni基奧氏體抗氫脆合金是在單相奧氏體合金基礎上發展起來的。該類合金的共同特點是添加Ti、Al或者Nb等合金化元素，通過固溶+時效熱處理，在合金中析出與基體具有共格關系的γ′-Ni₃(Al,Ti)強化相，達到提高合金強度的目的，典型合金如國外的A286、JBK-75、IN903，國內的J75、J90、J100也屬于此類合金。研究證實，合金中具有共格關系的γ′相對合金的抗氫損傷能力無明顯影響，而與基體具有非共格關系的析出相與基體形成的界面是強的氫陷阱，氫會在該界面聚集，惡化合金抗氫損傷能力。因此，該類合金要求嚴格控制碳化物、氧化物和硫化物等非金屬夾雜物，亦是該類合金中一般要求C≤0.02wt.%、S≤0.006wt.%、P≤0.006wt.%的一個重要原因。研究發現，盡管C、S、P雜質元素控制在上述范圍內，可消除合金中常見的A型硫化物類（如FeS）和B型氧化鋁類夾雜物，D類球狀氧化物也可控制在≤1.0級以下，但合金中會生成一種特殊的Ti₂CS型非金屬夾雜物（如圖1）。參照GB?10561-2005，Ti₂CS型非金屬夾雜物評級在2.0級以上，Ti₂CS的生成原因在于，該類合金為保證合金強度，會添加大于2.0wt.%的Ti，而Ti是極其活潑的元素，即使在C、S等元素含量較低的情況下，熔煉過程中也易于與Ti形成化合物。沉淀強化高Fe-Ni基奧氏體合金是在臨氫環境下使用的合金，控制非金屬夾雜物的含量，對于保證合金強度和耐氫脆能力，以及對合金的工程應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高純凈度、高強度、耐氫脆合金及其Ti₂CS型非金屬夾雜物的控制方法，該種合金具有超低C、S、P雜質含量，同時具有高強度和耐氫脆性能，同時提供的熔煉方法可消除Ti₂CS型非金屬夾雜物，實現合金組織純凈化控制。

本發明的技術方案是：

一種超超低碳的高強度、耐氫脆Fe-Ni基奧氏體合金，其主要成分范圍如下（重量百分比）：

Ni：29.0～32.0，Cr：14.0～16.0，Mo：1.30～1.50，鈦：1.60～2.30，鋁：0.2～0.5，硅：0.1～0.3，硼：0.001～0.006，鐵及不可避免的殘余元素：余量。

所述的超超低碳、高強度、耐氫脆Fe-Ni基奧氏體合金，不可避免的殘余元素包括：碳、硫、磷，按重量百分比計，碳含量控制在≤0.010，硫含量控制在≤≤0.002，磷含量控制在≤0.006，合金中無Ti₂CS型非金屬夾雜物的生成。

上述超超低碳、高強度、耐氫脆Fe-Ni基奧氏體合金Ti₂CS型非金屬夾雜物控制方法，采用真空感應熔煉→鋼模鑄造→鑄錠真空自耗重熔→鍛造→軋制的方法制備合金棒材，再通過固溶+時效熱處理達到合金的強化。通過采用低磷高純鐵做原料，控制合金中的磷雜質含量；通過采用CaO坩堝進行真空感應熔煉，以及精煉脫硫、脫碳工藝有效控制合金中的碳、硫雜質含量，抑制Ti₂CS型非金屬夾雜物的形成，提高合金的耐氫脆性能；通過鍛造、軋制獲得所需規格尺寸的棒材；通過最終的固溶+時效熱處理，使合金中析出適宜尺寸和數量的γ′強化相，保證合金具有高的強度，具體步驟如下：

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，鈦：1.60～2.30，鋁：0.2～0.5，硅：0.1～0.3，硼：0.001～0.06，碳≤0.015，硫≤0.002，磷≤0.006，鐵：余量。

4、以磷含量低于0.007wt.%工業純鐵、電解鎳、金屬鉻、金屬鉬及其它中間合金（如：硅鐵、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、鈦鐵、鋁鐵、硼鐵和鈣質脫硫劑裝入料斗。