[发明专利]一种牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片及制备方法

说明书

本发明涉及氢能装备关键材料部件领域，具体地说是一种牌号为MP‑7的高强度耐氢脆膜片及制备方法。按重量百分计，合金化学成分为，Ni：29.50～31.50，Cr：14.00～16.00，Mo：0.90～1.50，V：0.10～0.40，Ti：1.80～2.40，Al：0.60～0.80，B：0.001～0.0030，Fe：余量。本发明基于纳米尺寸γ′‑Ni₃(Al,Ti)强化相的引入和晶界调控来保证膜片的高强度和耐氢脆能力，通过真空感应熔炼→钢模铸造→真空自耗冶炼→锻造→热轧制→冷轧制→固溶处理→小变形冷轧→切割加工定尺→最终热处理→膜片表面加工的方法制备膜片。膜片室温和250℃屈服强度(Rp0.2)都可达600MPa以上，同时兼有良好的塑性、耐氢脆能力和耐疲劳性能，可在高压、特别是90MPa的氢气隔膜压缩机中作为临氢膜片使用。

技术领域

本发明涉及氢能装备关键材料部件领域，具体地说是一种牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片及制备方法。

背景技术

随着国内氢能的发展，正在日益增加45MPa和70MPa加氢站的建设，而作为加氢站中的关键装备，高压氢气隔膜压缩机(以下称氢压机)的稳定性、可靠性和使用效率对整个加氢站至关重要。膜片是氢压机中的关键部件，不但起到隔离润滑油和压缩氢气的作用，而且在液压油传递的压力作用下做往复运动，从而达到增压的目的。应予指出的是，服役过程中，膜片面临高压、氢气，以及交变载荷和温度循环的复杂苛刻工况条件，易于产生氢致开裂，导致膜片失效破坏，是妨碍高压氢压机研发和工程应用的瓶颈问题。目前，氢压机中临氢气侧膜片材料主要使用316L，而工程实践发现，随着服役氢气压力的升高(30MPa加氢站氢压机设计压力为35MPa、45MPa加氢站为52MPa、70MPa加氢站为90MPa)，临氢气侧316L膜片的服役寿命显著降低(寿命甚至不足35MPa加氢机的1/10～1/20)，究其原因，一方面在于在高的氢压和交变温度服役工况下，更多的氢会渗入进入316L膜片内部，导致膜片易于发生氢致断裂失效；另一方面，高压、特别是90MPa氢压机的服役过程中，会经历更高的温度循环，而316L较低的高温强度也限制了其使用寿命。

发明内容

针对氢能装备关键材料部件需求，本发明的目的在于提供一种牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片及制备方法，以满足高压、特别是90MPa氢压机对高性能临氢膜片设计和使用的迫切要求。

本发明的技术方案是：

一种牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片，膜片的厚度0.4～0.6mm，直径不小于200mm、表面粗糙度Ra≤0.6μm、平面度不大于0.06mm；按重量百分比计，膜片的主要成分范围如下：

Ni：29.50～31.50，Cr：14.00～16.00，Mo：0.90～1.50，V：0.10～0.40，Ti：1.80～2.40，Al：0.60～0.80，B：0.001～0.0030，Fe及不可避免的残余元素：余量；不可避免的残余元素包括：碳、硫、磷，碳含量控制在≤0.020，硫含量控制在≤0.005，磷含量控制在≤0.007。

所述的牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片，膜片合金中的∑3ⁿ晶界比例不低于60％，n＝1、2或3，∑≤29晶界比例不低于65％。

所述的牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片，膜片的室温力学性能满足：屈服强度(Rp0.2)不低于600MPa，抗拉强度(Rm)不低于950MPa，延伸率(A)不低于25％。

所述的牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片，膜片的250℃高温力学性能满足：屈服强度(Rp0.2)不低于600MPa，抗拉强度(Rm)不低于950MPa，延伸率(A)不低于23％。

所述的牌号为MP-7的高强度耐氢脆膜片，300℃、10MPa、高纯氢(体积纯度≥99.999％)、72h的充氢处理后，膜片的室温力学性能满足：屈服强度(Rp0.2)不低于600MPa，抗拉强度(Rm)不低于950MPa以上，延伸率(A)不低于20％。