CN118814074A

CN118814074A - 一种抗氢脆Cr-Mo合金钢及其制备方法

Info

Publication number: CN118814074A
Application number: CN202411295809.1A
Authority: CN
Inventors: 刘超; 陈天奇; 张沙沙; 李晓刚; 程学群
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2024-09-18
Filing date: 2024-09-18
Publication date: 2024-10-22
Anticipated expiration: 2044-09-18
Also published as: CN118814074B

Abstract

本发明涉及一种抗氢脆Cr‑Mo合金钢及其制备方法，属于合金材料技术领域。所述Cr‑Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.28~0.33%；Si，0.2~0.35%；Mn，0.5~0.8%；P≤0.02%；S≤0.01%；Se，0.01~0.1%；Ni，0.15~0.25%；Cr，0.9~1.1%；Mo，0.17~0.25%；Al，0.02~0.06%；Cu，0.02~0.1%；Nb，0.01~0.04%；W，0.3~1.1%；RE，0.006~0.009%；其余为Fe和杂质；且满足1.3≤Cu/Nb≤2，0.5≤Se/Cu≤1.2。本发明获得了兼具强韧性和抗氢脆性能优异的Cr‑Mo合金钢。

Description

一种抗氢脆Cr-Mo合金钢及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，尤其涉及一种抗氢脆Cr-Mo合金钢及其制备方法。

背景技术

氢能作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，已成为我国能源体系中的战略新兴产业。我国在基础研究、应用研究以及示范应用进行了全方位布局，涵盖制氢、储氢、运氢、用氢四个环节。目前国内外采用的压力临氢材料主要为Cr-Mo钢、6061铝合金和316L不锈钢等，但出于成本、工艺和具体需求等因素考虑，国内加氢站用储氢容器和长管拖车均采用Cr-Mo钢。然而，常规的Cr-Mo合金钢材料在高压氢环境下可能存在高压氢脆现象，主要表现为材料韧性降低、疲劳裂纹扩展速率加快、临界开裂门槛值减小等力学性能的劣化，这对高压氢储输装备的安全使用造成威胁。安全、节能、高效的氢气输送建设是当前氢能发展的重要研究方向，高压氢气环境中材料失效行为研究对保障氢气能源输送安全具有重要的现实意义。

因此，亟需提供一种兼具强韧性和抗氢脆性能的Cr-Mo合金钢及其制备方法，这对于提升临氢材料的服役寿命具有重要工程价值。

发明内容

为了解决现有技术存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种抗氢脆Cr-Mo合金钢及其制备方法。

本发明在第一方面提供了一种抗氢脆Cr-Mo合金钢，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.28%~0.33%；Si，0.2%~0.35%；Mn，0.5%~0.8%；P≤0.02%；S≤0.01%；Se，0.01%~0.1%；Ni，0.15%~0.25%；Cr，0.9%~1.1%；Mo，0.17%~0.25%；Al，0.02%~0.06%；Cu，0.02%~0.1%；Nb，0.01%~0.04%；W，0.3%~1.1%；稀土RE，0.006%~0.009%；其余为Fe和不可避免的杂质；

且满足下式（1）和下式（2）：

1.3≤Cu/Nb≤2 式（1）；

0.5≤Se/Cu≤1.2 式（2）；

在式（1）和式（2）中，各组分记号表示各组分的质量百分比。

优选地，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中Nb和W组分的质量百分比满足下式（3）：

0.56%≤4Nb+W≤1.1% 式（3）；

在式（3）中，各组分记号表示各组分的质量百分比。

优选地，稀土RE为La和Ce，La与Ce的质量比值为（4~6）：（4~6）。

优选地，在所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中，W的质量百分比为0.5~0.9%。

优选地，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的屈服强度不小于666MPa，拉伸强度不小于745MPa，室温延伸率不小于14.2%，氢脆敏感性指数HEI不大于9.3%。

本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的抗氢脆Cr-Mo合金钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将制备抗氢脆Cr-Mo合金钢的各原料采用真空感应炉进行冶炼，得到钢锭；

（2）将钢锭锻造后依次进行轧制和调质处理，制得抗氢脆Cr-Mo合金钢。

优选地，所述锻造的始锻温度为1050℃~1150℃，终锻温度为850℃~900℃。

优选地，在进行所述轧制之前，先预热至1050~1150℃并在1050~1150℃下保温30~90min。

优选地，所述轧制的开轧温度为1000℃~1100℃，终轧温度为850℃~950℃。

优选地，所述调质处理为先在850℃~910℃下淬火30~60min，然后再在670℃~730℃下回火60~120min。

本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：

（1）本发明制备的抗氢脆Cr-Mo合金钢材料中通过复合调控添加0.01%~0.1%的Se、0.02%~0.1%的Cu、0.01%~0.04%的Nb、0.3%~1.1%的W和0.006%~0.009%的RE等多种微合金元素，且同时满足1.3≤Cu/Nb≤2、0.5≤Se/Cu≤1.2，有利于获得兼具强韧性和抗氢脆性能优异的Cr-Mo合金钢，这对于提高临氢材料的服役寿命具有重要的工程应用价值，也为新一代抗氢Cr-Mo合金钢的开发、生产和应用奠定很好的基础。

（2）本发明发现，Se的加入可以形成第二相，并且能提高晶界的稳定性，从而降低氢在基体中的扩散速率，减缓氢在材料内部的渗透，Cu的添加一方面可以优化晶界特性，调整小角度晶界与大角度晶界的比例，另一方面也可以形成Cu纳米析出相，增大了深氢陷阱密度，有利于降低氢扩散系数，适当比例的Se与Cu的结合能够进一步优化氢阻滞效应，同时确保Cr-Mo合金钢的力学性能保持在理想范围内，控制其合理比例，能够通过提高氢的阻碍效应和增强晶界稳定性，以及可以使形成的Cu纳米析出相密度较大，且可以有效避免形成的氢陷阱尺寸过大，从而有效提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性；此外，本发明发现，Cu、Nb和W均可以形成纳米级尺寸的析出相，三者协同使用可以更有效地提高晶界和氢陷阱的捕氢效率，为了合理控制纳米析出相的尺寸，有效保证Cr-Mo合金钢的强韧性和抗氢脆性能，须将三者含量控制在合理范围内，特别是需要将Cu和Nb二者的元素含量比例控制在1.3≤Cu/Nb≤2，才有利于显著提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性能，在一些优选的技术方案中，更优选地将Nb和W二者的元素含量比例控制为0.56%≤4Nb+W≤1.1%，有利于进一步提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性。

（3）本发明在制备抗氢脆Cr-Mo合金钢时，优选为进行合适的调质处理工艺，有利于获得大量弥散分布的深氢陷阱，这也有利于提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性能。

附图说明

图1是本发明实施例1中的抗氢脆Cr-Mo合金钢的金相组织图；

图2是本发明实施例1中的抗氢脆Cr-Mo合金钢中纳米析出相的透射电子显微镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明在第一方面提供了一种抗氢脆Cr-Mo合金钢（也记作抗氢脆Cr-Mo低合金钢），所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C（碳），0.28%~0.33%；Si（硅），0.2%~0.35%；Mn（锰），0.5%~0.8%；P（磷）≤0.02%；S（硫）≤0.01%；Se（硒），0.01%~0.1%；Ni（镍），0.15%~0.25%；Cr（铬），0.9%~1.1%；Mo（钼），0.17%~0.25%；Al（铝），0.02%~0.06%；Cu（铜），0.02%~0.1%；Nb（铌），0.01%~0.04%；W（钨），0.3%~1.1%；稀土RE，0.006%~0.009%；其余为Fe和不可避免的杂质；在本发明中，所述稀土RE例如为La（镧）和/或Ce（铈）；在本发明中，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中的不可避免的杂质的质量百分比之和小于1%；在本发明中，各组分的质量百分比之和为100%；在本发明中，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中的Se、Cu和Nb组分的质量百分比满足下式（1）和下式（2）：

1.3≤Cu/Nb≤2 式（1）；

0.5≤Se/Cu≤1.2 式（2）；

在式（1）和式（2）中，各组分记号表示各组分的质量百分比（质量百分含量）。

本发明制备的抗氢脆Cr-Mo合金钢材料中通过复合调控添加0.01%~0.1%的Se、0.02%~0.1%的Cu、0.01%~0.04%的Nb、0.3%~1.1%的W和0.006%~0.009%的RE等多种微合金元素，且同时满足1.3≤Cu/Nb≤2、0.5≤Se/Cu≤1.2，有利于获得兼具强韧性和抗氢脆性能优异的Cr-Mo合金钢，这对于提高临氢材料的服役寿命具有重要的工程应用价值，也为新一代抗氢Cr-Mo合金钢的开发、生产和应用奠定很好的基础；在本发明中，Nb的加入可以促进显微组织的细化，可同时提高强度和韧性，并且Nb可以形成NbC纳米析出相，通过析出相强化基体，但是Nb的含量超过一定范围时不利于钢的韧性，因此本发明中Nb的含量控制在0.01%~0.04%，W的加入可以提高铁素体的含量，同时可以形成WC纳米析出相，但是过多的W元素添加会导致位错密度的增大，不利于氢的捕获和固定，因此本发明中W的含量控制在0.3%~1.1%，稀土元素RE的加入可以改性钢中的夹杂物，降低MnS和Al₂O₃等促进氢致开裂的夹杂物的含量，从而降低氢脆敏感性，然而过多的RE可能会影响加工性能，因此本发明中RE的含量控制在0.006%~0.009%。尤其特别的是，本发明发现，Se的加入可以形成第二相，并且能提高晶界的稳定性，从而降低氢在基体中的扩散速率，减缓氢在材料内部的渗透，Cu的添加一方面可以优化晶界特性，调整小角度晶界与大角度晶界的比例，另一方面也可以形成Cu纳米析出相，增大了深氢陷阱密度，有利于降低氢扩散系数，适当比例的Se与Cu的结合能够进一步优化氢阻滞效应，同时确保Cr-Mo合金钢的力学性能保持在理想范围内，控制其合理比例，能够通过提高氢的阻碍效应和增强晶界稳定性，以及可以使形成的Cu纳米析出相密度较大，且可以有效避免形成的氢陷阱尺寸过大，从而有效提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性；此外，本发明发现，Cu、Nb和W均可以形成纳米级尺寸的析出相，三者协同使用可以更有效地提高晶界和氢陷阱的捕氢效率，为了合理控制纳米析出相的尺寸，有效保证Cr-Mo合金钢的强韧性和抗氢脆性能，须将三者含量控制在合理范围内，特别是需要将Cu和Nb二者的元素含量比例控制在1.3≤Cu/Nb≤2，才有利于显著提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性能，在一些优选的技术方案中，更优选地将Nb和W二者的元素含量比例控制为0.56%≤4Nb+W≤1.1%，有利于进一步提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性。

在本发明中，合理控制Se和Cu的含量，以及保持Se/Cu比例在0.5~1.2的范围内，对提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性非常重要；通过优化晶界结构和形成有效的氢陷阱，Se和Cu能够协同提升材料的抗氢脆性和韧性，然而，过量或不足的Se和Cu，以及不合理的Se/Cu比例，都会破坏这种平衡，导致材料的力学性能和抗氢脆性下降，本发明发现，如果Se含量超过0.1%，可能会导致晶界上过量的Se化合物形成，这些脆性相的存在会显著降低材料的延展性和韧性，使其更易发生脆性断裂，而如果Se含量低于0.01%，其对晶界的调控效果不足，无法有效减少氢的聚集和扩散，导致抗氢脆性的提升效果不显著，如果Cu含量超过0.1%时，可能形成过量的Cu纳米析出相，虽然这些析出相可以增加氢陷阱密度，但过多的Cu纳米析出相可能在晶界处形成应力集中区域，降低材料的延展性，并增加脆性断裂的风险，而如果Cu含量低于0.02%时，则无法形成足够的Cu纳米析出相，会降低对氢的捕获能力，导致抗氢脆性提升不明显；此外，若Se/Cu比例>1.2，Se含量相对较高，而Cu含量相对不足，会导致Se的调控效果超过Cu的优化效果，造成晶界脆化，材料的抗氢脆性和韧性均会下降，若Se/Cu比例<0.5，Cu含量相对较高，而Se含量相对不足，会导致Cu纳米析出相过多，晶界应力集中，材料的脆性增加，材料的抗氢脆性和韧性同样会出现下降的现象。

根据一些优选的实施方式，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中Nb和W组分的质量百分比满足下式（3）：

0.56%≤4Nb+W≤1.1% 式（3）；

在式（3）中，各组分记号表示各组分的质量百分比；在本发明中，优选为将Nb和W二者的元素含量比例控制为0.56%≤4Nb+W≤1.1%，有利于进一步提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性。

根据一些优选的实施方式，稀土RE为La和Ce，La与Ce的质量比值为（4~6）：（4~6）。

根据一些优选的实施方式，在所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中，W的质量百分比为0.5~0.9%。

根据一些优选的实施方式，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.28%~0.33%；Si，0.2%~0.35%；Mn，0.5%~0.8%；P≤0.02%；S≤0.01%；Se，0.02%~0.08%；Ni，0.15%~0.25%；Cr，0.9%~1.1%；Mo，0.17%~0.25%；Al，0.02%~0.06%；Cu，0.02%~0.06%；Nb，0.01%~0.04%；W，0.5%~0.9%；稀土RE，0.006%~0.009%；其余为Fe和不可避免的杂质；并且，Cu和Nb组分的质量百分比满足1.3≤Cu/Nb≤2，Se和Cu组分的质量百分比满足0.5≤Se/Cu≤1.2，Nb和W组分的质量百分比满足0.56%≤4Nb+W≤1.1%，稀土RE为La和Ce，La和Ce的质量分数比例为（4~6）：（4~6）。

根据一些优选的实施方式，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的屈服强度不小于666MPa，拉伸强度不小于745MPa，室温延伸率不小于14.2%，氢脆敏感性指数HEI（A%）不大于9.3%。

根据一些优选的实施方式，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的屈服强度不小于700MPa，拉伸强度不小于780MPa，室温延伸率不小于14.5%，氢脆敏感性指数HEI（A%）不大于8.5%。

根据一些优选的实施方式，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的金相组织为回火索氏体，例如，如图1所示，包括铁素体基体和碳化物，其中所述铁素体的晶粒度≥10级。回火索氏体为平衡态组织，组织内应力较小，且回火索氏体组织中铁素体晶粒细小，强韧性好，硬度低，具备良好的抗氢脆特性；当金相组织不为回火索氏体时，会降低抗氢脆性能，比如：若金相组织不是回火索氏体，而是粒状贝氏体、板条贝氏体或马氏体等硬相组织时，位错密度大，内应力大，硬度高，该类组织极易发生氢脆断裂。在本发明中，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的微观结构中含有大量弥散分布的NbC、WC、Cu纳米析出相，例如，如图2所示，弥散分布的纳米析出相可以捕获固定氢，从而降低表观氢浓度，降低氢脆敏感性。

（1）将制备抗氢脆Cr-Mo合金钢的各原料采用真空感应炉进行冶炼，得到钢锭；在本发明中，所述冶炼的温度不低于1650℃，优选的是，所述冶炼的温度为1650~1700℃，所述冶炼的时间为10~30min；

（2）将钢锭锻造后依次进行轧制和调质处理，制得抗氢脆Cr-Mo合金钢；在本发明中，在进行锻造之后采用缓冷（即随炉冷却）的方式进行冷却，再进行所述轧制；本发明制得的所述抗氢脆Cr-Mo合金钢适用于应用在氢能运输系统中，其中，具体地，可以应用在所述氢能运输系统的关键设备中，例如可以应用在储氢容器和输氢管道中；本发明对所述冶炼、锻造和轧制等操作不做具体的限定，本领域技术人员可以常规选择。

根据一些优选的实施方式，所述锻造的始锻温度为1050℃~1150℃，终锻温度为850℃~900℃。

根据一些优选的实施方式，在进行所述轧制之前，先预热至1050~1150℃并在1050~1150℃下保温30~90min。

根据一些优选的实施方式，所述轧制的开轧温度为1000℃~1100℃，终轧温度为850℃~950℃；在本发明中，所述轧制的下压量（下压率）例如为65~70%。

根据一些优选的实施方式，所述调质处理为先在850℃~910℃下淬火30~60min，淬火完成后，采用的冷却方式为水冷和/或油冷，然后再在670℃~730℃下回火60~120min，回火完成后，采用的冷却方式为空冷；本发明在制备抗氢脆Cr-Mo合金钢时，优选为进行合适的调质处理工艺，有利于获得大量弥散分布的深氢陷阱，这也有利于提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性能；本发明对所述缓冷、水冷、油冷和空冷等不做具体的限定，为本领域的常规技术，在本发明中，不论是采用缓冷、水冷、油冷还是空冷的冷却方式，均是冷却至室温。

下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。

实施例1

本实施例提供了一种抗氢脆Cr-Mo合金钢，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=1，4Nb+W=0.62%。

本实施例的所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的金相组织图，如图1所示，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的金相组织为回火索氏体；本实施例的所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中纳米析出相的透射电子显微镜图，如图2所示，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的微观结构中弥散分布着NbC、WC、Cu纳米析出相。

本实施例中，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的制备为：将制备抗氢脆Cr-Mo合金钢的各原料按照上述配比加入真空感应炉进行冶炼，抽真空至2.5×10^-3Pa，然后充入氩气至0.04MPa，将真空感应炉升温至1680℃，保温冶炼20min，然后关闭电源，得到钢液，然后使钢液随炉冷却至室温，得到钢锭；将钢锭锻造后依次进行轧制和调质处理，制得抗氢脆Cr-Mo合金钢；其中，锻造的始锻温度为1100℃，终锻温度为880℃，冷却方式为缓冷；在进行轧制前，先预热至1100℃并在1100℃下保温60min，所述轧制的开轧温度为1050℃，终轧温度为900℃，所述轧制的下压量为70%；所述调质处理为先在880℃下淬火60min，冷却方式为水冷，然后在680℃下回火90min，冷却方式为空冷。

实施例2

本实施例提供了一种抗氢脆Cr-Mo合金钢，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；W，0.9%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=1，4Nb+W=1.02%。

对比例1

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；Se/Cu=1。

本对比例制备所述Cr-Mo合金钢时，除各原料配比之外，其它参数与操作均与实施例1中的相同。

对比例2

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%，Nb，0.04%；W，1%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1，Se/Cu=1，4Nb+W=1.16%。

对比例3

对比例3提供了一种Cr-Mo合金钢，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.01%；W，0.3%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=4，Se/Cu=1，4Nb+W=0.34%。

对比例4

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为8:2；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=1，4Nb+W=0.62%。

对比例5

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.08%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=2.67，Se/Cu=0.5，4Nb+W=0.62%。

对比例6

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.02%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=0.67，Se/Cu=2，4Nb+W=0.62%。

对比例7

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.08%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=2，4Nb+W=0.62%。

对比例8

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.01%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=0.25，4Nb+W=0.62%。

对比例9

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=1，4Nb+W=0.62%。

本对比例中，所述Cr-Mo合金钢的制备为：将制备Cr-Mo合金钢的各原料按照上述配比加入真空感应炉进行冶炼，抽真空至2.5×10^-3Pa，然后充入氩气至0.04MPa，将真空感应炉升温至1680℃，保温冶炼20min，然后关闭电源，得到钢液，然后使钢液随炉冷却至室温，得到钢锭；将钢锭锻造后依次进行轧制和调质处理，制得Cr-Mo合金钢；其中，锻造的始锻温度为1100℃，终锻温度为880℃，冷却方式为缓冷；在进行轧制前，先预热至1100℃并在1100℃下保温60min，所述轧制的开轧温度为1050℃，终轧温度为900℃，所述轧制的下压量为70%；所述调质处理为先在880℃下淬火60min，冷却方式为水冷，然后在680℃下回火150min，冷却方式为空冷。

对比例10

本对比例中，所述Cr-Mo合金钢的制备为：将制备Cr-Mo合金钢的各原料按照上述配比加入真空感应炉进行冶炼，抽真空至2.5×10^-3Pa，然后充入氩气至0.04MPa，将真空感应炉升温至1680℃，保温冶炼20min，然后关闭电源，得到钢液，然后使钢液随炉冷却至室温，得到钢锭；将钢锭锻造后依次进行轧制和调质处理，制得Cr-Mo合金钢；其中，锻造的始锻温度为1100℃，终锻温度为880℃，冷却方式为缓冷；在进行轧制前，先预热至1100℃并在1100℃下保温60min，所述轧制的开轧温度为1050℃，终轧温度为900℃，所述轧制的下压量为70%；所述调质处理为先在880℃下淬火90min，冷却方式为水冷，然后在680℃下回火90min，冷却方式为空冷。

对比例11

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.04%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%；Nb，0.03%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，Se/Cu=1，4Nb+W=0.12%。

对比例12

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.04%，Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=1.33，4Nb+W=0.62%。

对比例13

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.005%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.01%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=0.33，Se/Cu=0.5，4Nb+W=0.62%。

对比例14

本对比例提供了一种Cr-Mo合金钢，所述Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.31%；Si，0.29%；Mn，0.61%；P，0.006%；S，0.004%；Se，0.15%；Ni，0.24%；Cr，1.1%；Mo，0.24%；Al，0.05%；Cu，0.15%；Nb，0.03%；W，0.5%；稀土RE，0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，稀土RE由La和Ce组成，La与Ce的质量比值为6:4；且Cu/Nb=5，Se/Cu=1，4Nb+W=0.62%。

对比例15

本对比例提供了一种高强高韧抗氢脆钢板（Cr-Mo合金钢），所述高强高韧抗氢脆钢板包含以下质量百分比组分：C，0.09%；Si，0.07%；Mn，0.9%；Cu，0.9%；Ni，2.0%；Cr，0.4%；Mo，0.55%；Nb，0.05%；其余为Fe和不可避免的杂质。

本对比例中，所述高强高韧抗氢脆钢板的制备为：将制备高强高韧抗氢脆钢板的各原料按照上述配比加入真空感应炉进行冶炼，抽真空至2.5×10^-3Pa，然后充入氩气至0.04MPa，将真空感应炉升温至1680℃，保温冶炼20min，然后关闭电源，得到钢液，然后使钢液随炉冷却至室温，得到钢锭；将钢锭锻造后依次进行轧制和调质处理，制得高强高韧抗氢脆钢板；其中，锻造的始锻温度为1100℃，终锻温度为880℃，冷却方式为缓冷；在进行轧制前，先预热至1100℃并在1100℃下保温60min，所述轧制的开轧温度为1150℃，终轧温度为950℃，所述轧制的下压量为70%；所述调质处理为先在850℃下淬火60min，冷却方式为水冷，然后在580℃下回火90min，冷却方式为空冷。

本发明将实施例1~2制得的抗氢脆Cr-Mo合金钢以及各对比例制得的Cr-Mo合金钢进行了室温动态慢应变速率拉伸测试，在测试过程中，充氢溶液为包含浓度为0.2mol/L的NaOH和浓度为0.22g/L的硫脲的水溶液，充氢电流密度为20mA/cm²，应变速率为10^-6s^-1，测得屈服强度、拉伸强度、室温延伸率和氢脆敏感性指数的结果如表1所示。

表1

由表1的结果可知，本发明实施例1~2制备得到的抗氢脆Cr-Mo合金钢在充氢环境下表现出高的强韧性（包括高的屈服强度、高的拉伸强度以及高的室温延伸率），具备更强的抗氢脆性能。本发明制备的抗氢脆Cr-Mo合金钢材料中通过复合添加合适的Se、Cu、Nb、W和RE等微合金元素，且同时满足1.3≤Cu/Nb≤2、0.5≤Se/Cu≤1.2，0.56%≤4Nb+W≤1.1%，有利于获得兼具强韧性和抗氢脆性能优异的Cr-Mo合金钢；在本发明中，合适量的Se的添加，能明显提高Cr-Mo合金钢的抗氢脆能力，并且Cu、Nb和W的复合添加可以作为强化组元，产生显著的析出强化，基体中生成的弥散分布的NbC、WC以及Cu的纳米级析出相可以作为深氢陷阱，有效提升Cr-Mo合金钢的抗氢脆性能；本发明实现了Cr-Mo合金钢的高强度、高韧性和抗氢脆性能的同时提升，而一般情况下，钢的强度升高，则韧性将降低，抗氢脆性能降低，二者难以同时提升，本发明解决了Cr-Mo合金钢的强度和抗氢脆性能难以协调的问题。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种抗氢脆Cr-Mo合金钢，其特征在于：

所述抗氢脆Cr-Mo合金钢包含以下质量百分比组分：C，0.28%~0.33%；Si，0.2%~0.35%；Mn，0.5%~0.8%；P≤0.02%；S≤0.01%；Se，0.01%~0.1%；Ni，0.15%~0.25%；Cr，0.9%~1.1%；Mo，0.17%~0.25%；Al，0.02%~0.06%；Cu，0.02%~0.1%；Nb，0.01%~0.04%；W，0.3%~1.1%；稀土RE，0.006%~0.009%；其余为Fe和不可避免的杂质；

且满足下式（1）和下式（2）：

1.3≤Cu/Nb≤2 式（1）；

0.5≤Se/Cu≤1.2 式（2）；

2.根据权利要求1所述的抗氢脆Cr-Mo合金钢，其特征在于，所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中Nb和W组分的质量百分比满足下式（3）：

0.56%≤4Nb+W≤1.1% 式（3）；

在式（3）中，各组分记号表示各组分的质量百分比。

3.根据权利要求1所述的抗氢脆Cr-Mo合金钢，其特征在于：

稀土RE为La和Ce，La与Ce的质量比值为（4~6）：（4~6）。

4.根据权利要求1所述的抗氢脆Cr-Mo合金钢，其特征在于：

在所述抗氢脆Cr-Mo合金钢中，W的质量百分比为0.5~0.9%。

5.根据权利要求1所述的抗氢脆Cr-Mo合金钢，其特征在于：

所述抗氢脆Cr-Mo合金钢的屈服强度不小于666MPa，拉伸强度不小于745MPa，室温延伸率不小于14.2%，氢脆敏感性指数HEI不大于9.3%。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的抗氢脆Cr-Mo合金钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

所述锻造的始锻温度为1050℃~1150℃，终锻温度为850℃~900℃。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

在进行所述轧制之前，先预热至1050~1150℃并在1050~1150℃下保温30~90min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

所述轧制的开轧温度为1000℃~1100℃，终轧温度为850℃~950℃。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

所述调质处理为先在850℃~910℃下淬火30~60min，然后再在670℃~730℃下回火60~120min。