【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋼鐵合金材料，具體涉及一種高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼及其制備方法。
技術介紹
1、近年來隨著極地科學考察、能源儲運、深海探索和航天技術的發展，對高性能耐低溫金屬材料的需求日益增長。不同于常溫下的強韌化機制，金屬材料在低溫環境下的力學性能往往會發生顯著變化，例如部分鋼鐵材料甚至表現出強烈的低溫脆化特性，對工程結構的安全性和經濟性提出了嚴峻的挑戰。因此，開發具有優異強韌性的耐低溫金屬材料對提升工程結構金屬材料在低溫環境下的抗裂性和承載能力具有重要的實際工程意義。
2、在過去幾十年中，ni系低溫鋼(如9ni鋼、5ni鋼等)以其優異的低溫性能和多方面優勢逐漸取代了傳統的低溫材料，如奧氏體不銹鋼、invar合金等。這些低溫鋼材料雖然在低溫性能、強度和耐蝕性等方面均有所突破，為低溫設備的設計和制造提供了更多選擇，但是面臨金屬ni價格飛漲以及國內ni資源短缺的問題。目前，以mn代ni制備高錳奧氏體鋼成為低溫用鋼開發的重要方向。現有的高錳奧氏體鋼雖然在室溫下具有較好的強韌性，但是低溫韌性仍有待進一步提升，從而滿足低溫環境下輕量化工程結構件的性能要求。
3、因此，如何突破對ni資源的依賴，并且開發一種具有高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼，是目前本領域需要解決的技術問題。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼及其制備方法，與現有技術相比，本專利技術提供的奧氏體鋼具有較低的密度，在27-293k
2、為達到此專利技術目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼，所述奧氏體鋼按照重量百分含量計，包括：0.51-0.69％的c，1.5-3％的si，4.1-5.9％的al，22.1-24.9％的mn，3-5％的cr，0-0.002％的s，0-0.002％的p，0-0.008％的n，余量為鐵和不可避免的雜質。
4、在本專利技術提供的奧氏體鋼中，引入了c、si、al、mn、cr等元素來提升其力學性能。其中通過加入si能夠細化晶粒，提高晶界密度，減小晶界間距，從而提高塑性變形能力和低溫韌性，并且晶粒細化還能夠有效阻礙位錯移動和晶界滑移，提高材料的強度和耐疲勞性能。cr能夠以固溶元素的形式溶解在鋼基體中，產生固溶強化效果，提高材料的抗拉強度和硬度，改善力學性能。同時，cr在鋼中還會以碳化物形式存在，如cr23c6，其能夠起到析出強化的作用。此外，cr作為一種耐腐蝕元素，能夠促進晶界處形成cr2o3保護膜，從而抑制晶間腐蝕現象的發生。al作為一種輕質金屬元素能夠降低鋼的密度并起到固溶強化作用，其還能夠與c、mn、fe等形成高密度納米尺度(fe,mn)3alc型碳化物析出相，通過析出強化效應大幅提升鋼的強度。
5、另一方面，本專利技術通過優選控制cr的重量百分含量占比范圍，能夠提升奧氏體鋼耐腐蝕性能同時形成適當含量的富cr碳化物以提高鋼的力學性能；通過控制si的重量百分含量占比范圍，能夠強化鋼的力學性能并降低密度，避免了si過量添加導致的材料脆性增加；通過控制c的重量百分含量占比范圍，能夠在鋼基體中形成碳化物提升鋼的強度并降低晶間碳化物的形成傾向，從而避免鋼的低溫晶間開裂現象。
6、本專利技術中，所述奧氏體鋼按照重量百分含量計，包括：0.51-0.69％的c，例如可以是0.51％、0.53％、0.55％、0.57％、0.59％、0.61％、0.63％、0.65％、0.67％或0.69％；1.5-3％的si，例如可以是1.5％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％或3％；4.1-5.9％的al，例如可以是4.1％、4.3％、4.5％、4.7％、4.9％、5.1％、5.3％、5.5％、5.7％或5.9％；22.1-24.9％的mn，例如可以是22.1％、22.6％、23.1％、23.6％、24.1％、24.6％或24.9％；3-5％的cr，例如可以是3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％或5％；0-0.002％的s，例如可以是0.002％或0.001％；0-0.002％的p，例如可以是0.002％或0.001％；0-0.008％的n，例如可以是0.008％或0.007％，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
7、優選地，所述奧氏體鋼中c的重量百分含量為0.55-0.65％。
8、優選地，所述奧氏體鋼中al的重量百分含量為4.8-5.2％。
9、本專利技術中，通過進一步優選控制c和al的重量百分含量在特定范圍，在fe和mn為過量添加的情況下，能夠促使在晶內形成適量的(fe,mn)3alc型碳化物，同時避免過量的碳化物在晶界析出導致晶間脆化問題，從而起到強化鋼基體的同時避免晶間脆化現象。
10、優選地，所述奧氏體鋼中cr的重量百分含量為3.2-3.7％。
11、本專利技術中，通過進一步優選控制cr的重量百分含量在特定范圍，能夠進一步促進cr和基體中的部分c形成碳化鉻，起到強化鋼基體的作用。
12、本專利技術中，所述不可避免的雜質例如包括氧和/或鈣等，其重量百分含量范圍一般為o<0.008％，ca<0.002％。
13、優選地，所述奧氏體鋼的晶粒內部存在退火孿晶。
14、本專利技術中，所述奧氏體鋼的晶粒內部存在退火孿晶，能夠阻礙變形過程中位錯的運動，從而起到強化奧氏體鋼的作用。
15、優選地，所述奧氏體鋼的密度為6.8-7.2g/cm3，例如可以是6.8g/cm3、6.9g/cm3、7.0g/cm3、7.1g/cm3或7.2g/cm3，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
16、優選地，所述奧氏體鋼在293k下的屈服強度為468-512mpa，例如可以是468mpa、474mpa、484mpa、494mpa、504mpa或512mpa，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
17、優選地，所述奧氏體鋼在293k下的抗拉強度為864-889mpa，例如可以是864mpa、867mpa、870mpa、873mpa、876mpa、879mpa、882mpa、885mpa或889mpa，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
18、優選地，所述奧氏體鋼在293k下的總延伸率為65-74％，例如可以是65％、67％、69％、71％或74％，但不限于所列舉的數值，數值范圍內其它未列舉的數值同樣適用。
19、優選地，所述奧氏體鋼在77k下的屈服強度為849-895mpa，例如可以是849mpa、859mpa、869mpa、879mpa、889mpa或895mpa，但不限于本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼按照重量百分含量計，包括：0.51-0.69％的C，1.5-3％的Si，4.1-5.9％的Al，22.1-24.9％的Mn，3-5％的Cr，0-0.002％的S，0-0.002％的P，0-0.008％的N，余量為鐵和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼的晶粒內部存在退火孿晶；
3.根據權利要求1或2所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼在293K下的屈服強度為468-512MPa；
4.根據權利要求1-3任一項所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼在77K下的屈服強度為849-895MPa；
5.根據權利要求1-4任一項所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼在27K下的屈服強度為972-1005MPa；
6.一種如權利要求1-5任一項所述高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述真空感應熔煉的溫度為
8.根據權利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述第二次熱處理的溫度為1190-1210℃；
9.根據權利要求6-8任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述退火處理的溫度為950-1040℃；
10.根據權利要求6-9任一項所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種高強韌、耐低溫、低密度的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼按照重量百分含量計，包括：0.51-0.69％的c，1.5-3％的si，4.1-5.9％的al，22.1-24.9％的mn，3-5％的cr，0-0.002％的s，0-0.002％的p，0-0.008％的n，余量為鐵和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼的晶粒內部存在退火孿晶；
3.根據權利要求1或2所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼在293k下的屈服強度為468-512mpa；
4.根據權利要求1-3任一項所述的奧氏體鋼，其特征在于，所述奧氏體鋼在77k下的屈服強度為849-895mpa；
5.根據權利要求1-4...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳潔，魏亮亮，譚志堅，楊俊葉，
申請(專利權)人：中國科學院高能物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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