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)例如應用于氮化鎵的單晶生 長，氮化鎵是用于藍色發(fā)光二極管的氮化物半導體。
[0003] 氮化鎵已經(jīng)被期望用作光學器件如高亮度LED和半導體激光器、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，所以嘗試應用Ni-Fe基合金作為在高溫環(huán)境下具有高強度的壓力容器材料。
[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1公開了涉及具有高強度和優(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)老化賦予其的高強度，所述內(nèi)層具有賦予其的抗氫脆性。
[0007] 專利文獻2公開了其中通過控制γ '相的粒徑和個別沉淀相的分數(shù)而顯示高強度 和抗氫脆性的Ni-Fe合金。
[0008] 此外，專利文獻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
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1 :日本特開2010-174360號公報
[0012] 專利文獻2 :日本特開2009-68031號公報
[0013] 專利文獻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1和2中合金具有高強度和優(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3涉及可在200? 500°C使用的具有高強度和優(yōu)異的抗氫脆性的高Ni基合金，但是認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 合金進行熔體化處理，然后在825?855°C的溫度和710?740°C的溫度下進行兩次老化處 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用使得能夠制造能夠應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Fe的含量增加時，其可以有效地降低合金的成本，但是當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是增強耐氧化性、耐腐蝕性和強度必需的元素。此外，其與C結(jié)合形成碳化物， 由此增強高溫強度。然而，其太大的含量引發(fā)基質(zhì)的不穩(wěn)定并促進有害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氫聚集位點 而提高氫脆敏感性的擔憂。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 致合金的沉淀強化。然而，當過多并入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 充當氫聚集位點而提高氫脆敏感性的擔憂。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，由此導致合金的沉淀強化。然而，當其含量太大時