[发明专利]一种氢能装备用奥氏体不锈钢抗氢脆焊件及制备方法

说明书

本发明公开了一种氢能装备用奥氏体不锈钢抗氢脆焊件及制备方法，该奥氏体不锈钢抗氢脆焊件内的铁素体含量为7％～9％，且树枝状铁素体的含量在铁素体总含量中的占比大于70％。本发明中，铁素体的树枝状形态特征能够为氢原子的扩散提供更多通道，降低氢原子在奥氏体与铁素体两相界面处的富集程度，且树枝状形态的主导分布能够均匀化焊件整体的氢分布，以此提高焊件的抗氢脆性能。

技术领域

本发明涉及抗氢脆装备技术领域，特别涉及一种氢能装备用奥氏体不锈钢抗氢脆焊件及制备方法。

背景技术

氢能作为新型发展能源，具备来源广、无污染、循环可再生等优点，从而有效缓解了世界资源短缺与环境污染问题，被誉为21世纪最理想的终极能源。其中，高压气相储氢系统已成为世界各国氢能产业推进的重点，而奥氏体不锈钢由于其良好的抗氢脆性能，在高压气相储氢领域具有良好的应用前景，广泛应用于高压气相储氢部件的制备。

采用焊接工艺对奥氏体不锈钢母材进行加工，可为高压气相储氢部件的结构及尺寸提供更多的制备选择。为了制造满足实际工程需求的储氢部件，进而建设安全、稳定的高压气相储氢系统，对奥氏体不锈钢母材进行焊接加工这一流程必不可少。然而，焊接加工过程中发生的热循环会促使储氢焊接部件中产生更为复杂的显微组织(铁素体相)，从而导致储氢焊接部件与基材之间出现不同的氢脆敏感性。此外，高压气相储氢部件长期服役于高压氢气环境中，这将导致储氢焊接部件更易发生氢脆现象，大幅降低了储氢焊接部件的服役寿命，甚至会导致高压气相储氢系统发生严重的安全事故。

因此，如何提高氢能装备用焊接部件抗氢脆性能是亟待解决的重要问题。目前虽然已有文献提出改善焊件抗氢脆性能的方法，例如专利文献中CN202011076334.9公开了一种用于高压氢环境奥氏体不锈钢316L材料的焊接工艺，提出以改变焊接填充材料，提高焊件中的镍含量及镍当量，促进焊件的奥氏体化，以此提高焊件抗氢脆性能。但是，该文献提出的方法并未考虑母材中固有的铁素体及焊接热循环导致新生成的铁素体对焊件氢脆产生的影响，且该文献中无对比实例，难以确定该方法对焊件抗氢脆性能的提升效果，同时，高镍含量的焊接填充材料昂贵，导致焊件的生产成本高。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种氢能装备用奥氏体不锈钢抗氢脆焊件及制备方法，以提高焊件抗氢脆性能。

第一方面，本发明提供了一种氢能装备用奥氏体不锈钢抗氢脆焊件，该奥氏体不锈钢抗氢脆焊件内的铁素体含量为7％～9％，且树枝状的铁素体含量在铁素体总含量中的占比大于70％。

相较现有技术，本发明中，铁素体的树枝状形态特征能够为氢原子的扩散提供更多通道，降低氢原子在奥氏体与铁素体两相界面处的富集程度，且树枝状形态的主导分布能够均匀化焊件整体的氢分布，以此提高焊件的抗氢脆性能。

进一步地，树枝状的铁素体包括主轴，以及由所述主轴上延伸出多个枝晶轴。

进一步地，所述枝晶轴的数量不小于5。

进一步地，所述主轴的长度大于15um。

进一步地，所述主轴的轴宽大于所述枝晶轴的轴宽。

进一步地，当所述主轴为非直线状时，所述主轴的初始端与末端的连线长度大于所述主轴长度的1/2。

第二方面，本发明提供了一种氢能装备用奥氏体不锈钢抗氢脆焊件的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

在焊接环境中定位放置两块待焊接的不锈钢板材，采用平板对焊；

将装有不锈钢焊条的焊枪采用熔化极钨极氩弧焊方式对两块待焊接的不锈钢板材进行焊接，其中，焊接电流为195～205A，焊接电压为25～27V，焊接速度为33～37cm/min。

进一步地，所述不锈钢焊条的材质为E308不锈钢。

附图说明