本發(fā)明涉及高壓儲氫容器用鋼，特別涉及一種高壓儲氫容器用鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種綠色清潔能源，對降低碳排放、促進碳達峰與碳中和具有重要意義。針對目前氫能源的大規(guī)模、安全、經(jīng)濟儲運的工程需求，開發(fā)高壓儲氫容器用鋼具有重要意義。高壓儲氫容器用鋼的抗拉強度是決定許用應(yīng)力和容器壁厚的關(guān)鍵指標，現(xiàn)有球罐用鋼的抗拉強度級別最高為610mpa，配套鍛件為600mpa。法蘭作為高壓儲氫容器用鋼的重要連接件，若將法蘭鍛件提高至750mpa以上，其容器用鋼可提高至約800mpa，容器壁厚將減少約25％，從而大幅降低儲氫容器重量和制造成本。高壓儲氫容器可能存在氫脆失效，因此高壓儲氫容器材料同樣應(yīng)具有優(yōu)異的韌性來降低氫脆可能性。

2、鋼的化學(xué)成分、組織、碳化物、位錯等都會對氫脆敏感性產(chǎn)生影響。隨著鍛件強度的提高，氫脆敏感性越顯著，對組織和性能的要求更高。現(xiàn)有技術(shù)中，儲氫容器用鋼的抗拉強度范圍覆蓋350～900mpa，但是低溫韌性普遍較低，-40℃沖擊功在100j以下。并且現(xiàn)有的儲氫容器用鋼用于大尺寸零件時性能較差。因此，如何提高大尺寸高壓儲氫容器用鋼的低溫韌性成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述情況，本發(fā)明旨在提供一種高壓儲氫容器用鋼及其制備方法，用于解決以下技術(shù)問題之一：現(xiàn)有儲氫容器用鋼用于大尺寸零件時性能較差，儲氫容器用鋼的低溫韌性較差。

2、本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種高壓儲氫容器用鋼，高壓儲氫容器用鋼的組分以質(zhì)量百分比計包括：c:0.13％～0.16％,si:0.1％～0.25％,mn:0.3％～1.2％,p:≤0.010％,s:≤0.005％，mo:0.30％～1.0％,cr:0.4％～1.2％,v:0.030％～0.10％,ni:1.0％～3.0％,，al:0.02％～0.06％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。

4、進一步的，高壓儲氫容器用鋼的組分中，c+mn含量控制為0.4％～1.3％。

5、進一步的，高壓儲氫容器用鋼的組分中，mo/v控制為5～10。

6、進一步的，高壓儲氫容器用鋼的組分中，cr/ni控制為0.2～0.5。

7、進一步的，高壓儲氫容器用鋼的組分中，cr+ni+mo大于2.5％。

8、進一步的，高壓儲氫容器用鋼的組分以質(zhì)量百分比計包括：c:0.13％～0.16％,si:0.11％～0.23％,mn:0.4％～1.1％,p:≤0.010％,s:≤0.005％，mo:0.4％～1.0％,cr:0.5％～1.2％,v:0.04％～0.1％,ni:1.0％～3.0％,，al:0.02％～0.06％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。

9、本發(fā)明還提供了一種高壓儲氫容器用鋼的制備方法，用于制備上述高壓儲氫容器用鋼，制備方法包括：

10、步驟1：冶煉、澆注得到鑄坯或鑄錠；

11、步驟2：對鑄坯或鑄錠高溫均質(zhì)化處理后進行鍛造；

12、步驟3：對鍛件進行正火后再進行淬火、高溫回火處理，得到高壓儲氫容器用鋼。

13、進一步的，步驟2的具體步驟包括：在加熱爐中將鑄坯或鑄錠加熱至1150～1250℃保溫。

14、進一步的，步驟3包括：

15、步驟3-1、正火：鍛造完成后進行900～960℃的正火處理，保溫后，空冷到室溫；

16、步驟3-2、淬火：將正火后的鍛件加熱到860～910℃，保溫后，水冷到室溫；

17、步驟3-3、高溫回火：隨后進行600～700℃的保溫后空冷至室溫。

18、進一步的，步驟2中，保溫時間t1與鑄坯或鑄錠的厚度d符合如下關(guān)系：

19、保溫溫度為1180℃以下，t1＝37～43d；

20、保溫溫度大于1180℃，t1＝26～33d；d的單位為毫米，t1的單位為秒。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少能實現(xiàn)以下有益效果之一：

22、a)本發(fā)明提供的高壓儲氫容器用鋼通過精確控制鋼中c、si、mn、v、mo等元素的質(zhì)量百分比，結(jié)合控制不同元素的協(xié)同數(shù)量關(guān)系，采用了v微合金化，加熱過程中抑制再結(jié)晶晶粒長大從而細化奧氏體晶粒，回火過程中產(chǎn)生彌散第二相，通過細晶強化和第二相強化來提高強度；碳化物析出相作為不可逆氫陷阱提高抗氫性能；通過添加較多mo元素，提高淬透性，同時有利于促進第二相碳化物的析出；通過提高ni元素的含量來提高試驗鋼的低溫韌性；添加cr元素，進一步提高淬透性，與mo、ni匹配，改善大截面鍛件心部組織狀態(tài)，從而提升心部力學(xué)性能；提高mo、ni和cr等具有抗氫特性元素的含量有利于提高鍛件的抗氫性能；并結(jié)合淬火+高溫回火工藝保證了鋼的組織為回火索氏體+基體上分布著彌散的、細化的第二相，保證了高壓儲氫容器用鋼在具有較高強度水平的同時，兼具優(yōu)異的韌性以及較好的抗氫脆性能。保證本發(fā)明鋼能夠滿足優(yōu)異的機械性能。

23、b)本發(fā)明通過精確控制成分和工藝，得到“回火索氏體+基體上分布著彌散的、細化的第二相”。其中回火索氏體作為基體組織擁有良好的強韌塑性匹配和優(yōu)異的抗氫脆性能，優(yōu)異的低溫韌性，延遲裂紋擴展。彌散析出的第二相可以作為不可逆氫陷阱吸附h，同時在淬火過程中釘扎晶界，細化晶粒，提高抗氫脆性能。

24、c)本發(fā)明的高壓儲氫容器用鋼具有良好的綜合性能，屈服強度≥660mpa(例如660～690mpa)，抗拉強度≥820mpa(例如821～850mpa)，延伸率≥21％(例如21％～23％)，-40℃沖擊功≥190j(例如195～230j)，高強高韌，性能優(yōu)異。參考gb/t?39039-2020標準檢測抗氫性能，相對斷面收縮率為78％～86％。

25、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種高壓儲氫容器用鋼，其特征在于，所述高壓儲氫容器用鋼的組分以質(zhì)量百分比計包括：c:0.13％～0.16％,si:0.1％～0.25％,mn:0.3％～1.2％,p:≤0.010％,s:≤0.005％，mo:0.30％～1.0％,cr:0.4％～1.2％,v:0.030％～0.10％,ni:1.0％～3.0％，al:0.02％～0.06％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓儲氫容器用鋼，其特征在于，所述高壓儲氫容器用鋼的組分中，c+mn含量控制為0.4％～1.3％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓儲氫容器用鋼，其特征在于，所述高壓儲氫容器用鋼的組分中，mo/v控制為5～10。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓儲氫容器用鋼，其特征在于，所述高壓儲氫容器用鋼的組分中，cr/ni控制為0.2～0.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓儲氫容器用鋼，其特征在于，所述高壓儲氫容器用鋼的組分中，cr+ni+mo大于2.5％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓儲氫容器用鋼，其特征在于，所述高壓儲氫容器用鋼的組分以質(zhì)量百分比計包括：c:0.13％～0.16％,si:0.11％～0.23％,mn:0.4％～1.1％,p:≤0.010％,s:≤0.005％，mo:0.4％～1.0％,cr:0.5％～1.2％,v:0.04％～0.1％,ni:1.0％～3.0％，al:0.02％～0.06％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。

7.一種高壓儲氫容器用鋼的制備方法，其特征在于，所述制備方法用于制備權(quán)利要求1至6任一項所述的高壓儲氫容器用鋼，所述制備方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2的具體步驟包括：在加熱爐中將鑄坯或鑄錠加熱至1150～1250℃保溫。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，保溫時間t1與鑄坯或鑄錠的厚度d符合如下關(guān)系：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高壓儲氫容器用鋼及其制備方法，屬于高壓儲氫容器用鋼技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中儲氫容器用鋼用于大尺寸零件時性能較差，儲氫容器用鋼的低溫韌性較差的問題。高壓儲氫容器用鋼的組分以質(zhì)量百分比計包括：C:0.13％～0.16％,Si:0.1％～0.25％,Mn:0.3％～1.2％,P:≤0.010％,S:≤0.005％，Mo:0.30％～1.0％,Cr:0.4％～1.2％,V:0.030％～0.10％,Ni:1.0％～3.0％，Al:0.02％～0.06％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的高壓儲氫容器用鋼具有良好的綜合性能。

技術(shù)研發(fā)人員：孫新軍,梁小凱,童帥,朱康峰,賈書君,劉清友
受保護的技術(shù)使用者：鋼鐵研究總院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23