具有優(yōu)異抗氫脆性的Ni基合金和用于制造Ni基合金材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有優(yōu)異抗氫脆性的Ni基合金和用于制造 Ni基合金材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氨熱法已經(jīng)作為一種單晶生長方法已知，氨熱法已經(jīng)例如應(yīng)用于氮化鎵的單晶生 長，氮化鎵是用于藍(lán)色發(fā)光二極管的氮化物半導(dǎo)體。
[0003] 氮化鎵已經(jīng)被期望用作光學(xué)器件如高亮度LED和半導(dǎo)體激光器、電動車輛用晶體 管中使用的電子器件、移動電話基站的放大器等。對于向這些器件中的應(yīng)用，有必要增大氮 化鎵單晶的尺寸，已經(jīng)期望2英尺以上到6英尺以上的尺寸、進(jìn)一步比這更大的尺寸。
[0004] 到目前為止，氣相生長法已經(jīng)是用于氮化鎵單晶生長的主流。然而，為了應(yīng)對上述 單晶的放大和大量制造或成本降低，該方法由其中晶體在高溫和高壓氨氣下生長的氨熱法 代替。因為在氨熱法中通常使用600?650°C的溫度和200?250MPa的壓力作為合成條 件，所以嘗試應(yīng)用Ni-Fe基合金作為在高溫環(huán)境下具有高強(qiáng)度的壓力容器材料。
[0005] 因為在氨熱法中操作是在高溫和高壓下進(jìn)行，所以作為原料的氨氣被分解而生成 大量的高壓氫氣。因此，作為壓力容器材料需要的特性，首先提到的就是在高溫下的優(yōu)異的 抗氫脆性。此外，因為所述容器在高溫環(huán)境下使用，所以還需要蠕變性質(zhì)。
[0006] 到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了涉及具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的Ni-Fe基合金的一 些技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)1公開了涉及具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的Fe-Ni基合金的技 術(shù)，所述合金用作氫氣站用的高壓氫氣管道材料。該文獻(xiàn)展示了由外層和內(nèi)層構(gòu)成的兩層 結(jié)構(gòu)管道材料，所述外層具有經(jīng)老化賦予其的高強(qiáng)度，所述內(nèi)層具有賦予其的抗氫脆性。
[0007] 專利文獻(xiàn)2公開了其中通過控制γ '相的粒徑和個別沉淀相的分?jǐn)?shù)而顯示高強(qiáng)度 和抗氫脆性的Ni-Fe合金。
[0008] 此外，專利文獻(xiàn)3公開了涉及在高溫下抗氫脆性等的技術(shù)。
【背景技術(shù)】 [0009] 文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2010-174360號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2009-68031號公報
[0013] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平5-255788號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 技術(shù)問題
[0015] 然而，在專利文獻(xiàn)1和2中合金具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的溫度是室溫，并且 不清楚在高溫和高壓下是否可以保證得到這些特性。此外，盡管專利文獻(xiàn)3涉及可在200? 500°C使用的具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的高Ni基合金，但是認(rèn)為在所述合金中不能保 證作為本發(fā)明問題的在600?650°C下的特性，而且也完全不能保證在高壓下的特性。
[0016] 如上所述，任何常規(guī)的具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的Ni-Fe基合金都不能保證 在本發(fā)明中涉及的條件下的那些特性。
[0017] 基于上面的情況已經(jīng)完成了本發(fā)明，其目的是提供即使在高溫和高壓環(huán)境如 600?650°C和200?250MPa下仍具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的Ni基合金，及制造 Ni 基合金材料的方法。
[0018] 技術(shù)方案
[0019] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過將Ni基合金的組成限制到特定范圍而獲得了即使在高溫 和高壓下仍具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氫脆性的Ni基合金，因此他們完成了本發(fā)明。即，本發(fā) 明的主旨在于以下〈1>?〈7>項。
[0020] 〈1> 一種Ni基合金，其按質(zhì)量比包含30 %?40 %的Fe、14 %?16 %的Cr、L 2 %? 1.7%的11、1.1%?1.5%的六1、1.9%?2.7%的恥和4(^口111?15(^口111的？，其余為附和 不可避免的雜質(zhì)。
[0021] 〈2>根據(jù)〈1>的Ni基合金，其按質(zhì)量比還包含0.01 %以下的Mg和0. 1 %以下的 Zr中的至少一種。
[0022] 〈3>根據(jù)〈1>或〈2>的Ni基合金，其中當(dāng)將拉伸試驗中充氫材料的面積減少量和 未充氫材料的面積減少量分別表示為RA#P RA 4時，由EI = (RAa-RAh)/RAaS義的氫脆性指 數(shù)EI在625°C為0. 1以下。
[0023] 〈4>根據(jù)〈1>?〈3>中任一項的Ni基合金，其中在700°C和333MPa下的蠕變斷裂 時間為1500小時以上。
[0024] 〈5>根據(jù)〈1>?〈4>中任一項的Ni基合金，其中在700°C和333MPa下的最小蠕變 速度為IX KTiV1以下。
[0025] 〈6>根據(jù)〈1>?〈5>中任一項的Ni基合金，其被用作氨熱法壓力容器材料。
[0026] 〈7> -種用于制造 Ni基合金材料的方法，所述方法包括對根據(jù)〈1>或〈2>的Ni基 合金進(jìn)行熔體化處理，然后在825?855°C的溫度和710?740°C的溫度下進(jìn)行兩次老化處 理。
[0027] 有益效果
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，提供具有在如600°C以上這樣的高溫下的良好的抗氫脆性和在如 700°C這樣的更高溫區(qū)域中的優(yōu)異的蠕變性質(zhì)的Ni基合金成為可能。此外，作為二次效果， Ni基合金在氨熱法用壓力容器材料中的應(yīng)用使得能夠制造能夠應(yīng)對較高溫和較高壓環(huán)境 的壓力容器，因此，例如期望可以顯著推進(jìn)用作電子器件的氮化鎵單晶的放大、大量制造及 成本降低。
【附圖說明】
[0029] [圖1]圖1顯示了氫脆性指數(shù)和本發(fā)明材料及比較材料的P含量之間的關(guān)系。 [0030][圖2]圖2顯示了蠕變應(yīng)力和本發(fā)明材料及比較材料的蠕變斷裂時間之間的關(guān) 系。
[0031][圖3]圖3顯示了蠕變試驗時間和本發(fā)明材料及比較材料的蠕變速度之間的關(guān) 系。 具體實施方案
[0032] 以下將詳細(xì)解釋本發(fā)明的實施方案，但是本發(fā)明不限于以下解釋，且在不背離本 發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可以對其進(jìn)行合適地改變來實施。
[0033] 在此，"重量％"、"重量比"、和"重量ppm"分別于"質(zhì)量質(zhì)量比"和"質(zhì)量ppm" 相同。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的Ni基合金按質(zhì)量比包含30?40 %的Fe、14?16 %的Cr、l. 2? 1. 7%的Ti、L 1?L 5%的A1、L 9?2. 7%的Nb、和40?150ppm的P，其余的為Ni和不 可避免的雜質(zhì)。
[0035] 此外，更優(yōu)選所述Ni基合金按質(zhì)量比還包含0. 01 %以下的Mg和0. 1 %以下的Zr 中的至少一種。
[0036] 以下將解釋確定上述合金組成的原因。在下文中，除P外的各個元素的含量以質(zhì) 量％顯示，P的含量以質(zhì)量ppm顯示。
[0037] Fe: 30 ?40%
[0038] 當(dāng)Fe的含量增加時，其可以有效地降低合金的成本，但是當(dāng)Fe過多地與Nb成分 一起合并時形成拉夫斯相（Laves phase)，該形成引發(fā)材料特性的劣化如氫脆敏感性地增 加。因此，將Fe的含量控制在30?40%。出于相同的原因，優(yōu)選將其下限確定為33%且 將其上限確定為38%。
[0039] Cr: 14 ?16%
[0040] Cr是增強(qiáng)耐氧化性、耐腐蝕性和強(qiáng)度必需的元素。此外，其與C結(jié)合形成碳化物， 由此增強(qiáng)高溫強(qiáng)度。然而，其太大的含量引發(fā)基質(zhì)的不穩(wěn)定并促進(jìn)有害TCP相如σ相和 a-Cr的形成，對延展性和韌性產(chǎn)生不利影響。此外，存在該〇相在合金中充當(dāng)氫聚集位點 而提高氫脆敏感性的擔(dān)憂。因此，將Cr的含量限制為14?16%。
[0041] Ti :1· 2 ?L 7%
[0042] Ti主要形成MC碳化物以抑制合金的晶粒粗化，還與Ni結(jié)合以沉淀γ '相，由此導(dǎo) 致合金的沉淀強(qiáng)化。然而，當(dāng)過多并入Ti時，降低了 γ'相在高溫下的穩(wěn)定性并形成了 τι 相，由此損害了強(qiáng)度、延展性、韌性和高溫長期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，存在該η相在合金中也 充當(dāng)氫聚集位點而提高氫脆敏感性的擔(dān)憂。因此，將Ti的含量限制在1. 2?1. 7%的范圍 內(nèi)。
[0043] Al: 1.1 ?1.5%
[0044] Al與Ni結(jié)合而沉淀γ '相，由此導(dǎo)致合金的沉淀強(qiáng)化。然而，當(dāng)其含量太大時