【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压氢能环境下的无磁奥氏体不锈钢
技术介绍
1、氢能源产业链中氢能的利用是一个庞大的系统工程，主要包括上游的氢气制备、纯化，中游氢气储存、运输，下游氢燃料电池及氢能源燃料电池应用等多个环节由于氢能本身具有的安全性方面的特点，因此它能否为公众提供足够的安全，至少安全性不低于传统化石燃料的水平，是氢能是否被大众广泛接受，从而进一步普及发展的关键所在。氢能安全问题是氢能基础设施发展面临的挑战之一。关于氢能安全的主要研究领域集中在氢的行为、后果及其物理影响，储氢材料安全，及氢能安全相关标准与规范等方面。其中氢燃料电池和加氢站中的储氢材料的选择尤其重要。储氢材料不仅要能承受氢的高压作用，还要能具有强的抗氢脆性。
2、氢脆可分为内部氢脆、外部氢脆和氢反应脆化。内部氢脆发生在材料加工时，氢进入材料内部，导致材料结构失效。内部氢脆在温度173k～373k之间都会发生，但在室温下最为严重。外部氢脆发生主要发生在材料处在氢环境的情况下，比如说储氢瓶，吸收或吸附的氢会改变材料的机械属性，引起脆化。外部氢脆主要取决于氢环境施加在材料上的力(如氢气压力)的大小。外部氢脆同样在室温条件下最为严重。氢反应脆化是指氢与金属中的元素发生反应，生成了新的微观结构相，比如说氢与金属中的碳反应生成甲烷气泡，气泡的积累会导致材料力学属性骤变，引起各种失效事件。由于引起破裂的极限应力通常低于材料屈服应力，因此，往往在材料没有发生显著变形就可以发生灾难性故障，这使得氢脆事故的发生往往没有任何先兆，一旦材料发生氢脆破坏往往会造成灾难性后果，这将会严重
3、国内企业目前已经能大量生产以316l为代表的耐氢奥氏体不锈钢，并在压力≤35mpa氢环境领域得到广泛的应用。不过，经过大量数据积累和分析发现绝大部分316l不锈钢在应力集中诱导氢扩散时，具有氢损伤的敏感性，会发生氢致脆性损伤，其性能无法满足更高压力下氢环境的使用要求。因此，需要开发更高强度的高氮奥氏体不锈钢品种，以适应压力＞35mpa的氢环境领域的使用要求。目前国外仅日本已经开发出一种hrx19奥氏体不锈钢管道产品。(中村潤.高压水素用高強度ステンレス鋼.まてりあ.2018年第57眷第2号：p69.)，其成分范围为c0.005-0.06mass％、si0.2-1.0mass％、mn4.3-6.0mass％、ni12.0-13.5mass％、cr21.5-23.5mass％、v0.15-0.30mass％、nb0.15-0.30mass％、n0.25-0.40mass％。其nieq≥32.09。制备的工艺为电弧炉冶炼、aod晶粒、模铸后锻造开坯直径≥180mm中间坯、扩孔、挤压、冷轧、热处理、矫直等。
4、本专利技术的主要目的是通过合金成分设计、优化高合金元素钢的冶炼和热加工等工艺参数，确定合理的高压氢环境中性能评价方法，开抗拉强度≥800mpa和屈服强度≥500mpa等组织和性能要求，并利用电炉冶炼+电渣重熔、锻造或轧制开坯然后挤压使之形成产业化能力，有效提高我国高端奥氏体不锈钢管道产品生产技术并取代进口，为建设氢能领域工程装备的建设和制造提供材料保证。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种氢能环境下的无磁奥氏体不锈钢
其成分质量百分比含量(mass％)为：
2、[c]0.037-0.060、[si]0.15-0.63、[mn]4.68-6.00、[cr]21.50-22.23、[mo]1.50-2.48、[v]0.10-0.30、[ni]14.10-15.00、[nb]0.10-0.30、[n]0.26-0.40、[b]0.003-0.005、[al]≤0.050、[s]≤0.003、[p]≤0.030，[re]0.05-0.09，余量为fe及不可避免的杂质；其中[c]、[si]、[mn]、[cr]、[mo]和[ni]含量满足：铁素体含量判据[n]铁临＝(-0.514-1.32*[c]+0.0428*[si]+0.00005*[mn]+0.0693*[cr]+0.0585*[mo]-0.0554*[ni])(1/0.90)≤0.252
3、本专利技术制造的无磁奥氏体不锈钢组织中未出现高温铁素体，且相对磁导率都小于1.01。力学性能、晶粒度和非金属夹杂物水平都达到了氢能用无磁奥氏体不锈钢的使用要求。此外，为了使得本专利技术的钢种能适合使用于高压氢环境，钢种的合金元素还需要满足耐氢指数nieq＝12.6*[c]+0.35*[si]+1.05*[mn]+0.65*[cr]+0.98*[mo]+1*[ni]≥35.0这样形成的铁素体含量判据与氢有关的ni当量判据相结合，可以避免本专利技术钢种出现高温铁素体，保证无磁性且耐氢脆。该结合方式是本专利技术的创新点。
4、本专利技术的主要设计思路为：
5、c：主要起稳定奥氏体作用，降低钢中高温铁素体形成和提高钢的室温和高温强度；但碳含量太高，会形成m23c6碳化物，容易造成贫铬，造成钢的耐腐蚀性能降低，因此本专利技术中c控制在0.037-0.060mass％范围内。
6、si：主要是在熔炼期间作为脱氧剂使用，以合适的脱氧强度改善钢种的非金属夹杂物指标。由于硅使得钢中易形成高温铁素体，影响钢的相对磁导率。本专利技术中si控制在0.15-0.63mass％范围内。
7、mn：提高氮的溶解度，促进加工硬化。但加入过多，会降低钢的抗腐蚀性，尤其是抗点蚀和晶间腐蚀的能力，还会促进加工硬化从而增加冷热加工难度和影响冷加工磁性能。本专利技术中mn控制在4.68-6.00mass％范围内。
8、cr：主要用来提高不锈钢的耐腐蚀性和抗氧化性能，提高强度。由于cr过高会使得钢中高温铁素体形成，此外cr也是有害相sigma相的主要形成元素，会提高sigma相的析出温度，使得热加工性能下降。所以，本专利技术中cr含量控制在21.50-22.23％范围内，可满足在工作环境苛刻的条件下的耐腐蚀性和抗氧化性的要求。
9、ni：阻止凝固过程中高温铁素体相的形成，可以提高钢的强度、耐腐蚀性和抗磁性，但降低钢中氮溶解度，抑制强化相的析出，并提高成本。本专利技术中ni控制在14.10-15.00％范围内。
10、s：导致热塑性降低，同时也会影响钢的耐腐蚀性。控制硫含量在0.003％以下，并且含量越低越好。
11、v：适量的v还可以达到细化晶粒的效果，防止形成“伪珠光体”组织。但v含量过高会促成高温铁素体形成。本专利技术中钒的含量控制为0.10-0.30％。
12、n：奥氏体稳定化元素，形成间隙固溶体提高强度，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢能用无磁奥氏体不锈钢，其特征在于：所述无磁奥氏体不锈钢包括以下成分，按质量百分比含量计，[C]0.037-0.060、[Si]0.15-0.63、[Mn]4.68-6.00、[Cr]21.50-22.23、[Mo]1.50-2.48、[V]0.10-0.30、[Ni]14.10-15.00、[Nb]0.10-0.30、[N]0.26-0.40、[B]0.003-0.005、[Al]≤0.050、[S]≤0.003、[P]≤0.030、[RE]0.05-0.09，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢，其特征在于：所述[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]和[Ni]含量满足以下条件：铁素体含量判据[N]铁临＝(-0.514-1.32×[C]+0.0428×[Si]+0.00005×[Mn]+0.0693×[Cr]+0.0585×[Mo]-0.0554×[Ni])(1/0.90)≤0.252。
3.根据权利要求1所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢，其特征在于：所述无磁奥氏体不锈钢的满足以下耐氢指数条件：
4.根据权利要求1所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述管材产品的成分为权利要求1所述无磁奥氏体不锈钢的成分；所述管材产品制造方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述电弧炉熔炼的过程中，使用还原剂，还原剂包括碳化硅、硅球；
6.根据权利要求4所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述电渣重熔的过程中，选用Φ650～670mm的结晶器；选用四元渣系，其包括包括以下组分：CaF2:Al2O3:CaO:MgO的质量比为65-75:15-22:3-7:3-7，经过850℃烘烤4～6小时后使用；
7.根据权利要求4所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述锻造开坯的过程中，加热制度为：加热速度为≤100℃/h；升至1150-1250℃，保温6-10小时后锻造；开锻温度：1050℃～1150℃；终锻温度≥900℃；过程中出现裂纹倾向或锻坯表面温度接近900℃时，立刻回炉加热，中间回炉加热温度为1180-1220℃，保温≥1.0～1.5h；最后一火降温至1150-1200℃加热，变形量≥30％；锻造规格为Φ240-250mm的热挤压坯。
8.根据权利要求4所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述挤压的过程中，Φ240-250mm的热挤压坯精剥皮后的规格为Φ230-250mm的光亮挤压坯；热挤压保温温度为1150-1200℃，热挤压速度控制为150mm/s-250mm/s，挤压后水冷；荒管的规格为Φ100-124×10-15mm。
9.根据权利要求4所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述固溶过程中，固溶热处理温度为1040～1080℃，时间为0.5-2.0小时，水冷。
10.根据权利要求4～9任一项所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法制备得到的管材产品。
...【技术特征摘要】
1.一种氢能用无磁奥氏体不锈钢，其特征在于：所述无磁奥氏体不锈钢包括以下成分，按质量百分比含量计，[c]0.037-0.060、[si]0.15-0.63、[mn]4.68-6.00、[cr]21.50-22.23、[mo]1.50-2.48、[v]0.10-0.30、[ni]14.10-15.00、[nb]0.10-0.30、[n]0.26-0.40、[b]0.003-0.005、[al]≤0.050、[s]≤0.003、[p]≤0.030、[re]0.05-0.09，余量为fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢，其特征在于：所述[c]、[si]、[mn]、[cr]、[mo]和[ni]含量满足以下条件：铁素体含量判据[n]铁临＝(-0.514-1.32×[c]+0.0428×[si]+0.00005×[mn]+0.0693×[cr]+0.0585×[mo]-0.0554×[ni])(1/0.90)≤0.252。
3.根据权利要求1所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢，其特征在于：所述无磁奥氏体不锈钢的满足以下耐氢指数条件：nieq＝12.6×[c]+0.35×[si]+1.05×[mn]+0.65×[cr]+0.98×[mo]+1×[ni]≥35.0。
4.根据权利要求1所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述管材产品的成分为权利要求1所述无磁奥氏体不锈钢的成分；所述管材产品制造方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种氢能用无磁奥氏体不锈钢的管材产品制造方法，其特征在于：所述电弧炉熔炼的过程中，使用还原剂，还...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨时标，阮召杰，
申请(专利权)人：江苏拓洋材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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