一种牌号为j75的高强度耐氢脆奥氏体合金及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及沉淀强化奥氏体合金领域，具体地说是一种牌号为J75的高强度耐氢 脆奥氏体合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 较之铁素体和马氏体合金，奥氏体合金中的氢溶解度更高而氢扩散系数更低，因 此具有较佳的抗氢脆能力，是一类可在临氢环境中使用的合金。但应指出的是，目前国内在 临氢环境中使用的奥氏体合金皆为单相奥氏体合金（如：316L、304N等），其室温塑性、加工 和抗氢性能虽好，但强度偏低（屈服强度为200~450MPa级），致使这类合金的使用范围受 到限制。
【发明内容】
[0003] 针对临氢环境对高强度结构材料的迫切使用需求，本发明的目的在于提供一种牌 号为J75的高强度抗氢脆奥氏体合金及其制备方法，以提高奥氏体合金的抗氢脆能力，并 具有较好的综合力学性能。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] -种牌号为J75的高强度耐氢脆奥氏体合金，其主要成分范围如下（重量百分 比）：
[0006] B :0? 0008 ~0? 0025, Si :0? 10 ~0? 30, Ni :29. 00 ~32. 00, Cr :13. 50 ~16. 50， Mo :1. 00 ~1. 60, V :0? 15 ~0? 35, Ti :1. 80 ~2. 40, A1 :0? 10 ~0? 40, Fe 及不可避免的残 余元素：余量。
[0007] 所述的牌号为J75的高强度耐氢脆奥氏体合金，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. 020,硫含量控制在< 0.006,磷含量控制在 ^ 0. 006〇
[0008] 所述的牌号为J75的高强度耐氢脆奥氏体合金的制备方法，采用真空感应熔炼一 钢模铸造一真空自耗冶炼一锻造和/或乳制的方法制备合金棒材。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，有效控制合金中的 碳、硫、磷杂质和非金属夹杂物含量；通过真空自耗冶炼降低元素偏析，确保微量元素硼的 含量，提高合金的耐氢脆性能；通过锻造和/或乳制获得所需规格尺寸的棒材，具体步骤如 下：
[0009] 1、控制合金中的硼含量为0? 0008~0? 0025(重量百分比）。
[0010] 2、控制合金中的碳含量< 0.020 (重量百分比）。
[0011] 3、控制合金中的硫含量< 0. 006、磷含量< 0.006 (重量百分比）。
[0012] 4、控制合金中的主要成分（重量百分比％ )如下：
[0013] Si :0? 10 ~0? 30, Ni :29. 00 ~32. 00, Cr :13. 50 ~16. 50, Mo :1. 00 ~1. 60, V: 0? 15 ~0? 35, Ti :1. 80 ~2. 40, A1 :0? 10 ~0? 40, Fe:余量。
[0014] 5、控制合金中的非金属夹杂物含量如下：
[0015]
[0016] 6、控制合金铸锭的低倍组织如下：
[0017]
[0018] 7、控制合金棒材的晶粒度，直径不大于80mm的热乳棒材晶粒度不低于6级；直径 大于80mm的热乳棒材和锻材晶粒度不低于5级。
[0019] 8、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（如：娃铁、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、 钦铁、错铁、棚铁和妈质脱硫剂装入料斗。
[0020] 9、采用CaO坩埚进行真空感应熔炼，在1530~1570°C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，再次进行5~15分钟精炼，利用CaO坩埚的热 稳定性和脱硫剂进行脱硫处理，在1480~1520°C浇铸铸锭。
[0021] 10、步骤9所述铸锭表面打磨处理后进行常规真空自耗冶炼，浇铸铸锭。
[0022] 11、所述真空自耗冶炼铸锭，经表面打磨处理后在1050~1150°C保温4~12h后 进行合金锻造，开坯锻造温度1050~1150°C，终锻温度880~100(TC，获得锻棒；在锻至最 终规格前允许回炉再加热，在1050~1150°C下保温1~4h。
[0023] 12、所述锻棒在1050~1150°C保温2~6h后进行乳制，开坯乳制温度1050~ 1150°C，终乳温度850~950°C，应一次乳制成所需规格棒材，不进行中间退火处理。
[0024] 13、步骤11和/或步骤12中所述棒材进行超声波检验，直径不大于65mm的棒材 检验结果应符合GB/T 4162《锻乳钢棒超声检验方法》中AA级规定，直径大于65mm的棒材 检验结果应符合GB/T 4162《锻乳钢棒超声检验方法》中A级规定。
[0025] 14、取步骤12所述乳棒，垂直于乳棒纵截面截取金相试样，按标准的金相试验方 法制备试样，按GB/T 9394《金属平均晶粒度测定方法》规定进行晶粒度评定。
[0026] 15、取步骤12所述乳棒进行固溶处理，固溶处理温度控制在970~990°C、保温时 间0. 5~2h，水淬。
[0027] 16、取步骤15中经固溶处理后的棒材进行730~750°C保温7~9h的时效处理， 空冷。
[0028] 17、取步骤15中经固溶处理后的棒材，沿乳制棒材纵截面截取金相试样，按标准 的金相试验方法制备试样，按GB/T 10561《钢中非金属夹杂物显微评定方法》进行夹杂物 评定。
[0029] 18、取步骤16中经时效处理后的棒材，加工拉伸试样，按GB/T 228. 1《金属材料拉 伸试验低1部分室温试验方法》进行室温力学性能检测。
[0030] 19、取步骤16中经时效处理后的棒材，加工拉伸试样，按GB/T 4338《金属材料高 温拉伸试验方法》进行550°C力学性能检测。
[0031] 20、取步骤16中经时效处理后的棒材加工拉伸试样，随后进行300°C、10MPa、高纯 氢（体积纯度彡99. 999% )、10天的充氢处理，按GB/T 228. 1进行力学性能检测。
[0032] 本发明的设计思想为：
[0033] 本发明基于单相奥氏体合金的优异性能，通过Ti、A1合金化在单相奥氏体合金中 引入与基体具有共格关系的Y'-Ni3(Al，Ti)强化相，并通过控制其尺寸和分布获得高强 度和较佳塑性匹配。J75合金的室温屈服强度（RpO. 2)可达690MPa以上，同时兼有良好的 室温塑性（室温延伸率高于22%，断面收缩率高于35% )和抗氢脆能力，可作为高强度结 构材料在临氢环境中使用。另外，该种合金采用真空感应加真空自耗冶炼制备，化学成分中 含微量有益元素硼，同时合金中碳、硫和磷杂质元素和非金属夹杂物含量低，经锻造和/或 乳制加工后，合金的晶粒尺寸适中。
[0034] 本发明的优点及有益效果是：
[0035] 1、本发明牌号为J75的高强度抗氢脆奥氏体合金，添加了 0.0008~0.0025 (重量 百分比）的微量元素硼，同时碳、硫和磷杂质元素和非金属夹杂物含量低、晶粒尺寸适中， 具有优异的室温和550°C高温力学性能，抗氢脆性能优异，可作为高强度结构材料在临氢环 境中使用。
[0036] 2、本发明合金的室温力学性能满足：屈服强度（RpO. 2)不低于690MPa，抗拉强度 (伽）不低于98010^，室温延伸率仏）不低于22%，断面收缩率（2)不低于35%。
[0037] 3、本发明合金的550°C高温力学性能满足：屈服强度（RpO. 2)不低于620MPa，抗拉 强度（伽）不低于88010^，室温延伸率仏）不低于22%，断面收缩率（2)不低于35%。
[0038] 4、本发明合金饱和热充氢后的力学性能满足：屈服强度（RpO.2)不低于690MPa， 抗拉强度（Rm)不低于980MPa以上，室温延伸率（A)不低于20%，断面收缩率（Z)不低于 30%〇
【具体实施方式】
[0039] 实施例1:规格为〇65mm的J75合金乳制棒材
[0040] 采用CaO坩埚，在1. 0吨真空感应炉上熔炼合金，熔炼过程中进行一次精