一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术基于纳米尺寸γ

【技术实现步骤摘要】
一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。r/>
技术实现思路

[0003]针对氢能装备关键材料部件需求，本专利技术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。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]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：
[0006]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；
[0007]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：
[0008](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；
[0009](2)真空自耗冶炼；
[0010](3)合金锻造；开坯锻造温度1050～1150℃，终锻温度880～1000℃，获得锻坯；在锻至最终规格前允许回炉再加热，在1050～1150℃下保温1～4h；
[0011](4)合金热轧制；锻坯在1050～1150℃保温2～4h后进行热轧制，开坯轧制温度1050～1150℃，终轧温度850～950℃，获得4～6mm厚的热轧板材；在轧至最终规格前允许回炉再加热，在1050～1150℃下保温0.5～3h；
[0012](5)合金冷轧制或精轧制；室温冷轧制每次退火间变形量30～70％、中间采用1020～1060℃保温15～60min去应力退火，获得0.4～0.6mm厚的冷轧板材，其晶粒度不低于6级；
[0013](6)板材固溶处理；板材固溶处理温度控制在970～990℃、保温时间20～60min，空冷；
[0014](7)板材小变形冷轧制；板材冷轧制变形量为10～15％；
[0015](8)板材退火处理；板材退火处理制度为：980～1000℃保温0.5～1h；
[0016](9)板材时效处理；板材时效处理制度为：730～750℃保温7～9h，炉冷。
[0017]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材中∑3
n
晶界比例不低于60％，n＝1、2或3，∑≤29晶界比例不低于65％。
[0018]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材的室温力学性能满足：屈服强度(Rp0.2)不低于600MPa，抗拉强度(Rm)不低于950MPa，延伸率(A)不低于25％。
[0019]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材的250℃高温力学性能满足：屈服强度(Rp0.2)不低于600MPa，抗拉强度(Rm)不低于950MPa，延伸率(A)不低于23％。
[0020]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，300℃、10MPa、高纯氢(体积纯度≥99.999％)、72h的充氢处理后，板材的室温力学性能满足：屈服强度(Rp0.2)不低于600MPa，抗拉强度(Rm)不低于950MPa以上，延伸率(A)不低于20％。
[0021]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材在50％置信度下的疲劳极限不低于270MPa。
[0022]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，时效处理后板材中的非金属夹杂物满足如下要求：细系(m)，A≤0.5级，B≤0.5级，D≤1.5级，三类之和≤2.5级；粗系(m)，A≤0.5级，B≤0.5级，D≤1.0级，三类之和≤1.5级；其中，A为硫化物类、B为氧化铝类、D为球状氧化物类，三类之和为A+B+D。
[0023]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材固溶处理在真空或气体保护气淬热处理炉中进行，气淬介质为氩气；板材的退火处理在气体保护热处理炉中进行，保护气氛为氩气。
[0024]所述的90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，板材时效处理采用真空或还原性气体保护热处理炉。
[0025]本专利技术的设计思想为：
[0026]首先，在铁铬镍奥氏体合金的基础上，通过Ti、Al合金化在单相奥氏体合金中引入
纳米尺寸的γ
′‑
Ni3(Al,Ti)强化相，获得高的室温和250℃高温强度，其室温和250℃屈服强度(Rp0.2)都可达600MPa以上，同时兼有良好的塑性(室温延伸率高于25％，250℃延伸率高于23％)。其次，一方面通过采用真空感应加真空自耗冶炼制备，控制碳、硫和磷杂质元素含量和非金属夹杂物水平，降低板材合金中的强氢陷阱数量和尺寸，降低氢致裂纹萌生几率；另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种90MPa氢压机膜片用高强度耐氢脆板材的制备方法，其特征在于，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；(3)合金锻造；开坯锻造温度1050～1150℃，终锻温度880～1000℃，获得锻坯；在锻至最终规格前允许回炉再加热，在1050～1150℃下保温1～4h；(4)合金热轧制；锻坯在1050～1150℃保温2～4h后进行热轧制，开坯轧制温度1050～1150℃，终轧温度850～950℃，获得4～6mm厚的热轧板材；在轧至最终规格前允许回炉再加热，在1050～1150℃下保温0.5～3h；(5)合金冷轧制或精轧制；室温冷轧制每次退火间变形量30～70％、中间采用1020～1060℃保温15～60min去应力退火，获得0.4～0.6mm厚的冷轧板材，其晶粒度不低于6级；(6)板材固溶处理；板材固溶处理温度控制在970～990℃、保温时间20～60min，空冷；(7)板材小变形冷轧制；板材冷轧制变形量为10～15％；(8)板材退火处理；板材退火处理制度为：980～1000℃保温0.5～1h；(9)板...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明久，刘家兴，姜海昌，戎利建，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：