[发明专利]一种纳米增强抗氢脆钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米增强抗氢脆钢及其制备方法，属于合金钢技术领域。本发明所述纳米增强抗氢脆钢微观组织结构为回火马氏体及弥散分布于基体中的纳米尺寸的半共格碳化铌(NbC)纳米析出相，制备方法为真空熔炼后通过电渣重熔获得目标成分设计范围的铸锭，并经过控轧控冷和合适的调质热处理工艺获得含有大量弥散分布的半共格NbC纳米增强抗氢脆钢。按照本发明的化学成分设计和合适的制备工艺，可生产1000MPa级纳米增强高强韧钢，其组织中含有大量尺寸为10～20nm、均匀弥散分布的半共格NbC析出相，实现高强钢的强韧性匹配，同时在服役过程中通过半共格NbC作为深氢陷阱捕获进入钢中的氢，大幅提升材料的抗氢脆性能。

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，具体涉及一种纳米增强抗氢脆钢及其制备方法。

背景技术

随着石油、天然气、海洋资源等的开发以及航空航天、国防等产业的发展，高强钢必须具备高强度、高韧性、抗氢脆、耐腐蚀等特点。随着HSLA系等高强钢的发展，高强度、高韧性已经逐步实现并优化。然而，一直以来，氢脆问题是制约高强钢发展的瓶颈问题，往往产生灾难性的后果。

Nb是钢中一种重要的微合金元素，它可以明显细化晶粒，显著提高奥氏体晶粒的粗化温度，因此微合金元素的应用在高强钢的开发和应用中具有重要的作用。同时，NbC析出相可以提高钢的抗氢脆性能，但是目前的研究主要限于纳米相对于氢的捕获能力，如纳米相能够捕获更多的氢或者不同的微合金元素含量对于氢脆性能的影响，却还没有提出在高强钢中通过调控纳米析出相来提高高强钢在服役过程中的抗氢脆性能。

因此，提出一种纳米增强抗氢脆钢及其制备方法尤为重要，通过控轧控冷以及淬火加调控回火的方式进行调质热处理，获得大量的尺寸为10～20nm、均匀弥散分布的半共格NbC析出相，以实现高强钢的强韧性匹配，并大幅提升材料服役过程中的抗氢脆性能，这对于材料强化和抗氢脆等综合性能的提高具有深远的意义。

发明内容

本发明目的在于提出一种纳米增强抗氢脆钢及其制备方法，通过电渣重熔获得目标成分设计范围的铸锭，并经过控轧控冷和合适的调质热处理工艺获得含有大量弥散分布的半共格NbC纳米增强抗氢脆钢。

针对上述目的，本发明的具体技术方案为：

本发明提供的纳米增强抗氢脆钢的化学成分的质量百分比为：C：0.05％～0.2％；Si：≤0.5％；Mn：0.10％～2.50％；Ni：0.50％～5.00％；Mo：0.10％～1.50％；Cr：0.10％～1.50％；Nb：0.05％～0.30％；其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明提供的纳米增强抗氢脆钢的制备方法包括以下步骤：

(1)根据预设化学成分重量百分比选取原材料，通过真空熔炼将原料制备成钢液并进行合金化操作，浇铸后得到铸锭，后进行电渣重熔得到电渣锭；

(2)采用控轧控冷工艺进行轧制；

(3)采用淬火加调控回火的方式进行调质热处理工艺。

进一步的，步骤(1)中预设化学成分各组分及其质量百分比如下：C：0.05％～0.2％；Si：≤0.5％；Mn：0.10％～2.50％；Ni：0.50％～5.00％；Mo：0.10％～1.50％；Cr：0.10％～1.50％；Nb：0.05％～0.30％；其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，步骤(2)中控轧控冷工艺为：电渣锭开坯后加热至1200±20℃，保温时间≥2h后准备热轧；第一阶段粗轧终轧温度≥1000±20℃，粗轧压下率＞60％；第二阶段精轧开轧温度＜920±20℃，轧制至钢材目标厚度，然后自然晾温。

进一步的，步骤(3)中采用淬火加调控回火的方式进行调质热处理工艺过程分为(淬火前)保温，淬火，(淬火后)回火，空冷等阶段：

步骤一：对热轧后的铸坯加热至奥氏体化温度保温，进行淬火冷却后获得淬火马氏体；