[发明专利]奥氏体不锈钢及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种奥氏体不锈钢，按重量百分比计，包括：碳：0.02～0.04％、硅：0.7～1.0％、锰：5.0～7.0％、铬：20.5～22.5％、镍：12.5～14.5％、钼：1.50～2.50％、氮：0.25～0.30％、铌：0.20～0.40％、磷≤0.03％、硫≤0.01％，余量为铁Fe和不可避免杂质。本发明还提供了该奥氏体不锈钢的制备方法，包括：铸锭进行电渣重熔获得电渣锭，加热电渣锭，电渣锭锻造成中板坯，加热中板坯获得热轧板和热轧板退火。本发明的奥氏体不锈钢在保持钢种弱磁性的同时，其室温强度和高温强度得到显著提高，可用作热核聚变堆的结构材料。

技术领域

本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种热核聚变堆用铬-锰-镍型奥氏体不锈钢材料及其制备方法。

背景技术

热核聚变堆需要在强磁场条件下，将氘和氚原子核约束起来以实现受控热核聚变反应，通常选用以304L、316L以及316LN为代表的铬-镍型奥氏体不锈钢作为主要的结构材料。上述奥氏体不锈钢通过成分优化后，相对磁导率可达1.03以下，完全满足热核聚变堆对结构材料的弱磁性要求。

弱磁性铬-镍型奥氏体不锈钢具有优良的低温力学性能，但由于受成分体系限制，高温力学性能普遍偏低，常温屈服强度最高只能在300MPa左右(对应抗拉强度600MPa左右)。该类型奥氏体不锈钢虽然能够广泛应用于热核聚变堆的低温部件(如校正场线圈盒、恒温器馈线支撑等)，但是却无法满足热核聚变堆中高温部件及高强度部件(如偏滤器中面对等离子体的部件)的要求。

由此可见，奥氏体不锈钢需要进一步通过成分设计，在保持钢种弱磁性的同时，显著提高室温强度和高温强度，以期达到拓展其在热核聚变堆中的应用领域的目的。

发明内容

本发明的发明目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种奥氏体不锈钢及其制备方法与应用。

一方面，本发明提供了一种奥氏体不锈钢，按重量百分比计，包括：碳：0.02～0.04％、硅：0.7～1.0％、锰：5.0～7.0％、铬：20.5～22.5％、镍：12.5～14.5％、钼：1.50～2.50％、氮：0.25～0.30％、铌：0.20～0.40％、磷≤0.03％、硫≤0.01％，余量为铁Fe和不可避免杂质。

前述的奥氏体不锈钢，按重量百分比计，包括：碳：0.03～0.04％、硅：0.75～0.90％、锰：5.0～5.5％、铬：21.0～21.5％、镍：12.5～13.5％、钼：2.20～2.50％、氮：0.26～0.30％、铌：0.25～0.35％、磷≤0.005％、硫≤0.005％，余量为铁Fe和不可避免杂质。

前述的奥氏体不锈钢，碳和氮的含量之和≥0.28％；优选地，碳和氮的含量之和≥0.29％；更优选地，碳和氮的含量之和≥0.31％。

前述的奥氏体不锈钢，所述奥氏体不锈钢的相对磁导率小于1.01。

前述的奥氏体不锈钢，所述奥氏体不锈钢的室温屈服强度是400MPa至480MPa，室温抗拉强度是750MPa至820MPa，延伸率是40％至46％。

前述的奥氏体不锈钢，所述奥氏体不锈钢的250℃高温屈服强度是280MPa至350MPa，250℃高温抗拉强度是600MPa至650MPa。

另一方面，本发明提供了前述奥氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铸锭在保护气氛电渣炉内进行电渣重熔获得电渣锭；

(2)将电渣锭在室式加热炉内加热至1230℃～1280℃，保温120～180分钟；

(3)将电渣锭锻造成中板坯，终锻温度不低于1000℃；

(4)将中板坯在加热炉内加热至1250℃～1300℃，保温90～150分钟；