[发明专利]一种高强度抗氢脆的新型奥氏体不锈钢材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种制备高强度抗氢脆的新型奥氏体不锈钢材料的制备方法，将含量（%）为C0.08，Si1.0,Mn 10~16,Ni 6~8,Cr 16~18.0,N 0.5~1,P0.045,S0.030,Mo 2.0~3.5并进行熔炼，熔炼后对材料进行常温锻打，锻打后对材料进行1050℃‑1100℃的热处理，并水冷，取出马上锻打，锻打到一定程度后对材料进行850℃‑950℃的热处理，之后在300℃‑400℃下进行保温，并不锈钢材料进行不同方向上的两道锻打。该材料的制备方法可操作性好，结果准确、可靠。

技术领域

本发明涉及不锈钢抗氢脆技术领域，尤其是涉及一种奥氏体不锈钢材料的高强度抗氢脆工艺方法。

背景技术

我国是氢气生产与消费大国，在氢能的生产和利用过程中，高压氢系统是关键。高压氢系统，即介质中含有高压氢气的系统，是氢能储运、油品质量升级和煤制清洁能源的核心装备，它具有介质易燃易爆、失效机理复杂、制造困难等特征。

其中，装备在高温高压环境中的失效问题是威胁其安全稳定运行的重要因素。例如：2010年4月2日，美国TESORO公司阿纳科特斯炼厂催化重整装置石脑油加氢单元中的换热器由于高温氢腐蚀发生破裂，高温的氢与石脑油从换热器喷出引发燃烧爆炸，直接造成7名员工死亡，经济损失数千万元。类似的极端环境也出现在各个行业领域中。在加氢反应器中，氢气的压力高达4MPa-10MPa，而温度则超过300摄氏度。众所周知，在氢气环境中，许多材料都会发生力学性能的减损，通常被称为“氢脆”，也叫氢致疲劳损伤。

氢致疲劳损伤是导致高压氢系统承载件过早突然失效破坏的主要原因，它与高压环境氢、交变载荷、制造残余影响及其耦合作用息息相关。高压氢系统中加氢反应器内衬、储氢容器、高压氢压缩机、压力表、高压阀门、配管、管路接头等零部件多采用亚稳奥氏体不锈钢，如304、316、316L等。但是对高压氢系统来说，该类材料的抗氢脆性能虽然较好，但是其强度偏低，难以满足设备的轻量化设计要求。为了提高奥氏体不锈钢材料的强度，通常采用应变强化的方式。尽管原始奥氏体不锈钢在氢气环境中不会产生明显的氢脆，但是却不能忽视其经过应变强化后的氢致脆化问题。迄今为止，国内外高压氢系统已发生多起不锈钢氢致损伤导致的事故，例如：隔膜式氢压缩机的隔膜出现微裂纹，高压氢压力表的弹簧管（应变强化不锈钢）出现裂纹，氢高压阀门的阀座（应变强化不锈钢）受损，导致闭合不良。

发明内容

为了解决高压氢环境中材料的氢致疲劳损伤而导致的设备失效的不足，本发明提出了一种可以研发低成本、耐氢脆、高强度的不锈钢材料的工艺，其采用以下技术方案：

一种奥氏体不锈钢的抗氢脆高强度工艺方法，包括如下步骤：

（1-1）选取不锈钢材料，进行熔炼，其成分含量(%)为C0.08，Si1.0, Mn 10~16,Ni 6~8, Cr 16~18.0, N 0.5~1, P0.045, S0.030, Mo 2.0~3.5。

（1-2）将熔炼所得的不锈钢进行常温锻打，锻打变形量为20~30%，锻打需要沿三个不同方向锻打。

（1-3）将锻打后所得的不锈钢材料，放入加热炉中进行1050℃-1100℃热处理，2-4小时，然后水冷。

（1-4）用砂轮打磨钢板表面以去除热处理时产生的氧化物。

（1-5） 将打磨好的奥氏体不锈钢材料进行锻打，锻打变形量为30%~50%。

（1-6）将锻打后所得的不锈钢材料，放入加热炉中进行850℃-950℃热处理，2-4小时，然后空冷。

（1-7）空冷后，将材料放入加热炉加热至300℃-400℃，保温30-60分钟。将保温后的奥氏体不锈钢材料放入精锻机中进行一道锻打，每道次锻打时试样方向一致。锻打变形量为50-60%。