含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料及制备方法与流程

本发明涉及高压储氢装备材料，具体涉及含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料及制备方法。

背景技术：

1、现有地下储氢井井筒材料在90 mpa高压氢环境下易发生氢致开裂，传统材料如4130钢、316l不锈钢的抗氢脆性能不足。虽然已有专利涉及稀土微合金化或深冷处理，但存在成分体系不完善、工艺组合不合理、长期稳定性差等问题。例如，专利cn119956239a公开的抗氢脆不锈钢为cr-al-mo-nb系，不含y、b、ta组合；专利cn116970775a公开了一种氢能装备用抗氢脆部件制造方法；cn118028701b公开了一种抗氢脆奥氏体不锈钢及其制备方法，抗氢脆奥氏体不锈钢通过添加y和nb复合微合金化，以在所述抗氢脆奥氏体不锈钢内界面形成不可逆氢陷阱抗氢脆奥氏体不锈钢通过添加y和nb复合微合金化，以在所述抗氢脆奥氏体不锈钢内界面形成不可逆氢陷阱。相应的材料组合和生产工艺生产出的地下储氢井井筒未能在90mpa高压氢环境下解决氢脆的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料及制备方法，以解决现有地下储氢井井筒未能在90 mpa高压氢环境下解决氢脆的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料，其化学成分至少包括c、si、mn、cr、ni、mo、v、nb、ti、y、b、ta、fe。

4、作为优选，其化学成分按质量百分比计算，满足以下要求：c: 0.065-0.075%，si:0.15-0.35%，mn: 0.30-0.60%，cr: 12.5-13.5%，ni: 8.5-9.5%，mo: 2.3-2.7%，v: 0.12-0.18%，nb: 0.03-0.04%，ti: 0.015-0.025%，y: 0.035-0.045%，b: 0.0015-0.0025%，ta:0.05-0.15%，p≤0.010%，s≤0.003%，余量为fe及不可避免杂质。

5、作为优选，其微观组织为超细晶奥氏体，晶粒度≥11级，晶界处分布有纳米级(nb，v)(c，n)析出相，尺寸为10-30nm。

6、一种含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料的制备方法，包括以下步骤：

7、s1：将钢液真空感应熔炼+电渣重熔双联冶炼，控制氧含量≤10ppm；

8、s2：锻造开坯后，采用控轧控冷工艺，终轧温度860-880℃；

9、s3：固溶处理：1080-1100℃保温1-1.5h，水冷；

10、s4：中间退火处理：650℃保温2h，空冷；

11、s5：深冷处理：-140℃保温5-7h，然后以≤3℃/min升温至室温；

12、s6：时效处理：480-500℃保温3-4h，空冷；

13、s7：超声喷丸强化处理，引入深度0.5-1.0 mm的残余压应力层。

14、作为优选，s2步骤中，所述控轧控冷工艺包括：粗轧温度1050-1100℃，精轧温度900-950℃，终轧温度860-880℃，轧后以15-20℃/s冷却至室温。

15、作为优选，s5步骤中，所述深冷处理在液氮或深冷箱中进行，保温时间为5-7h，升温速率≤3 ℃/min。

16、作为优选，s7步骤中，所述超声喷丸强化处理的工艺参数为：喷丸强度0.3-0.5mma，覆盖率200-300%，喷丸时间10-15 min。

17、与现有技术相比，本发明至少能产生以下一种有益效果：本发明稀土元素y和b、ta的协同作用显著提高抗氢脆性能；本发明屈服强度和冲击韧性优异；本发明氢扩散系数低，氢致开裂敏感性显著降低；本发明制备工艺创新，深冷处理+中间退火+时效处理的复合工艺获得超细晶组织；本发明使用寿命可达30年，满足90 mpa储氢井长期服役要求。

1.含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料，其特征在于：其化学成分至少包括c、si、mn、cr、ni、mo、v、nb、ti、y、b、ta、fe。

2.根据权利要求1所述的含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料，其特征在于：其化学成分按质量百分比计算，满足以下要求：c: 0.065-0.075%，si: 0.15-0.35%，mn: 0.30-0.60%，cr: 12.5-13.5%，ni: 8.5-9.5%，mo: 2.3-2.7%，v: 0.12-0.18%，nb: 0.03-0.04%，ti: 0.015-0.025%，y: 0.035-0.045%，b: 0.0015-0.0025%，ta: 0.05-0.15%，p≤0.010%，s≤0.003%，余量为fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料，其特征在于：其微观组织为超细晶奥氏体，晶粒度≥11级，晶界处分布有纳米级(nb，v)(c，n)析出相，尺寸为10-30nm。

4.权利要求1至3任意一项的含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料的制备方法，其特征在于：s2步骤中，所述控轧控冷工艺包括：粗轧温度1050-1100℃，精轧温度900-950℃，终轧温度860-880℃，轧后以15-20℃/s冷却至室温。

6.根据权利要求4所述的含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料的制备方法，其特征在于：s5步骤中，所述深冷处理在液氮或深冷箱中进行，保温时间为5-7 h，升温速率≤3℃/min。

7.根据权利要求4所述的含稀土微合金化的高强抗氢脆井筒材料的制备方法，其特征在于：s7步骤中，所述超声喷丸强化处理的工艺参数为：喷丸强度0.3-0.5 mma，覆盖率200-300%，喷丸时间10-15 min。