[发明专利]一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料，以重量百分比计，所述合金材料的元素组成包括：C：0.12％～0.15％、Cr：20.00％～22.00％、Si：1.20％～1.50％、Mn：13.5％～16.50％、Ni：2.00％～5.00％、N：0.16％～0.20％、余量为Fe和不可避免的杂质。通过对本发明的合金材料进行力学性能测试，结果为：上述合金材料锻造后的成品锻件，其屈服强度Rp0.2≥490Mpa、抗拉强度Rm≥890Mpa、伸长率A≥45％、断面收缩率Z≥65％；且合金材料的耐腐蚀性能相当优秀，钢材表面基本无裂纹，能达到复杂环境下材料性能的要求。

技术领域

本发明属于奥氏体合金材料冶炼领域，具体涉及一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料及其制备方法。

背景技术

奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18％、Ni 8％～25％、C约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢是工业上应用最广泛的不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能和综合力学性能，其室温及低温韧性、塑性及焊接性大大高于铁素体不锈钢，在氧化性、中性及弱氧化性介质中具有优良的耐蚀性。

在奥氏体不锈钢中，镍是主要的奥氏体化元素，其主要作用是形成并稳定奥氏体，使不锈钢获得良好的强度、塑性和韧性。316L奥氏体不锈钢是目前广泛应用于生物医学领域中的不锈钢材料，其镍含量高达12％～15％。但镍元素具有潜在的致敏作用，对生物体具有致畸、致癌等危害，在1994年颁布的欧洲议会94/27/EC标准中，要求植入人体内的医用材料中镍含量不应超过0.05％，对于长期接触人体皮肤的金属材料，如首饰、手表、戒指、手镯等，其镍含量则以每周渗入皮肤含量不应超过0.5μg/cm²为最高限量。

另外镍是一种贵重的稀有元素，属于战略资源，奥氏体不锈钢的生产消耗了大量的镍元素，造成其产品价格居高不下，不利于节约资源型材料的发展。因此发展以其它元素代替镍或减少镍含量的低镍和无镍奥氏体不锈钢不仅有利于降低成本，节约昂贵的战略元素，而且可提高不锈钢的使用安全性。

因此以锰代替镍的奥氏体合金材料成为现有研究的热点，然而现有的奥氏体合金材料中锰的含量不高，很难达到10％以上，当以大量锰代替镍时，合金中铬的含量较低，低Cr钢不能作为耐酸不锈钢，Cr-Mn钢要得到纯奥氏体组织，必须增加钢中的含碳量，且镍的含量在低于5％以下时，合金材料的奥氏体型不稳定，不锈钢的力学性能较差，耐腐蚀性能也较弱，且低镍奥氏体不锈钢的表面很容易出现裂纹，导致所得不锈钢材料的品质较低。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题，而提供一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料及其制备方法，采用高含量的锰和铬替代镍，能够获得力学性能得到很好的奥氏体合金钢材料，且所得材料的奥氏体结构稳定，不锈钢的耐腐蚀性能优秀，且钢材表面基本无裂纹，能够满足在复杂工作环境下的使用要求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种高锰奥氏体型耐热钢合金材料，以重量百分比计，所述材料的元素组成包括：

C：0.12％～0.15％、Cr：20.00％～22.00％、Si：1.20％～1.50％、Mn：13.5％～16.50％、Ni：2.00％～5.00％、N：0.16％～0.20％、余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的奥氏体型耐热钢合金材料的元素组成中，低碳钢含量为0.12～0.15％，但是铬含量高达20％以上，锰含量高达13.5～16.5％，而镍含量可达5％以上至2％，很好地节约了战略资源镍，且本发明的合金材料能够保持稳定的奥氏体型结构，耐腐蚀性能相当优秀，且钢材表面基本无裂纹，可获得高品质的奥氏体耐热合金钢。

进一步的，所述杂质为：以重量百分比计，P≤0.025％、S≤0.015％、B≤0.020％、Cu≤0.10％。

作为本发明优选的技术方案，所述合金材料的元素组成为：