超高强度抗氢脆奥氏体不锈钢及其制备方法

本发明涉及一种超高强度抗氢脆奥氏体不锈钢及其制备方法，特别涉及一种液氢储运用超高强度抗氢脆奥氏体不锈钢及其制备方法，属于新材料和先进制造领域。

背景技术：

1、氢能因其无污染、热值高等特点，被誉为“终极能源”。世界各国争相发展氢能产业，以实现能源转型。因储氢体积密度高，液态氢是氢能源的主要储运方式之一。液氢储存温度低，且氢会对金属材料造成“氢脆”，因此对储运材料提出了极高的要求，如良好的低温性能以及高的抗氢脆性能。此外，为了提高液氢的存储效率，如液氢火箭发动机、液氢储运用容器等，对液氢储运材料提出了轻量化的需求。

2、传统的奥氏体不锈钢是液氢储运的主要结构材料。然而，由于其强度较低，难以实现液氢储运结构材料的轻量化。并且，传统奥氏体不锈钢由于低温下奥氏体稳定性降低，导致其氢脆敏感性提高。因此，开发一种奥氏体不锈钢材料替代传统的液氢储运用结构材料，对实现液氢储运结构材料的轻量化、提升液氢的存储效率、增强其抗氢脆性能具有重要的意义。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明首先提供一种奥氏体不锈钢。本发明的奥氏体不锈钢具有超高强度和抗氢脆性能，可以满足航天工业和氢能产业对超高强度且兼具良好的低温性能和抗氢脆性能的结构材料的应用需求。

3、本发明还提供一种奥氏体不锈钢的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

4、用于解决问题的方案

5、[1]、一种奥氏体不锈钢，其由以下组分构成：

6、14质量%≤cr≤20质量%，

7、23质量%≤ni≤26质量%，

8、3.0质量%≤al≤5.0质量%，

9、2.0质量%≤ti≤4.0质量%，

10、0质量%≤n≤1.0质量%，

11、余量为fe和不可避免的杂质。

12、[2]、根据上述[1]所述的奥氏体不锈钢，其中，所述奥氏体不锈钢以奥氏体为初始组织经时效处理得到。

13、[3]、根据上述[1]或[2]所述的奥氏体不锈钢，其中，所述奥氏体不锈钢的组织结构中分布有l21相、富cr相和l12相。

14、[4]、根据上述[1]或[2]所述的奥氏体不锈钢，其中，所述奥氏体不锈钢在23℃的屈服强度为至少1.0gpa；和/或，

15、所述奥氏体不锈钢在23℃的抗拉强度为至少1.3gpa；和/或，

16、所述奥氏体不锈钢在23℃的总延伸率为至少15%。

17、[5]、一种根据上述[1]-[4]任一项所述的奥氏体不锈钢的制备方法，其包括采用激光增材制造的方法制备得到。

18、[6]、根据上述[5]所述的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

19、按照各组分的含量确定元素配比，提供符合所述元素配比的合金粉末；

20、设计三维模型、设定激光增材制造过程中的实体参数并按照所述实体参数对所述三维模型进行赋值；

21、将所述合金粉末装入3d打印机中并按照赋值参数进行激光增材制造得到初始组织；

22、对所述初始组织进行时效处理。

23、[7]、根据上述[6]所述的制备方法，其中，所述合金粉末包括fecrnialti合金粉末和任选存在地crn粉末。

24、[8]、根据上述[7]所述的制备方法，其中，以所述合金粉末的总质量为100%计，所述fecrnialti合金粉末的含量为90~100%；所述crn粉末的含量为0~10%。

25、[9]、根据上述[6]-[8]任一项所述的制备方法，其中，所述实体参数包括激光扫描速度、激光功率、扫描线间距、旋转增量以及单层厚度中的一种或两种以上的组合；

26、所述激光扫描速度为900mm/s~1100mm/s，所述激光功率为130w~150w，所述扫描线间距为70μm~90μm，所述单层厚度为15μm~25μm；所述旋转增量为67°。

27、[10]、根据上述[6]-[8]任一项所述的制备方法，其中，所述时效处理的温度为600℃~750℃，所述时效处理的时间为1h~200h。

28、发明的效果

29、本发明的奥氏体不锈钢兼具超高的强度、良好的低温性能以及高的抗氢脆性能，作为液氢储运结构材料使用时，能够实现结构材料的轻量化、提升液氢的存储效率并增强其服役性能。

30、本发明的奥氏体不锈钢的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

技术特征：

1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于，由以下组分构成：

2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述奥氏体不锈钢以奥氏体为初始组织经时效处理得到。

3.根据权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述奥氏体不锈钢的组织结构中分布有l21相、富cr相和l12相。

4.根据权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述奥氏体不锈钢在23℃的屈服强度为至少1.0gpa；和/或，

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括采用激光增材制造的方法制备得到。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述合金粉末包括fecrnialti合金粉末和任选存在地crn粉末。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以所述合金粉末的总质量为100%计，所述fecrnialti合金粉末的含量为90~100%；所述crn粉末的含量为0~10%。

9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述实体参数包括激光扫描速度、激光功率、扫描线间距、旋转增量以及单层厚度中的一种或两种以上的组合；

10.根据权利要求6-8任一项所述的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述时效处理的温度为600℃~750℃，所述时效处理的时间为1h~200h。

技术总结
本发明提供一种超高强度抗氢脆奥氏体不锈钢及其制备方法。奥氏体不锈钢由以下组分构成：14质量%≤Cr≤20质量%，23质量%≤Ni≤26质量%，3.0质量%≤Al≤5.0质量%，2.0质量%≤Ti≤4.0质量%，0质量%≤N≤1.0质量%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的奥氏体不锈钢兼具超高的强度、良好的低温性能以及高的抗氢脆性能，作为液氢储运结构材料使用时，能够实现结构材料的轻量化、提升液氢的存储效率并增强其服役性能。

技术研发人员：陈浩,汪小培,刘世纯,杨志刚
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10