本发明属于冶金材料，具体涉及一种低合金奥氏体耐热钢及其制备方法和应用。
背景技术：
1、涡轮增压器作为一种空气压缩机，通过压缩空气来增加内燃机的进气量。基本原理为利用发动机产生的废气惯性冲力推动涡轮壳内的涡轮部分，由涡轮带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，进入气缸，增加内燃机的进气量，从而提升燃烧过程的充分性，提高了燃油的经济性，降低尾气的排放，从而在同等油量的情况下提高内燃机的功率和燃烧效率，最终达到高效及节能减排的目的。涡轮增压器壳体为涡轮增压器最关键的零件，它的工作温度在800-1050℃，因此涡轮增压器壳体的材料需要具备耐高温的特性，目前涡轮增压器壳体的材质主要有耐热钢1.4826、耐热钢1.4837、耐热钢1.4848、耐热钢1.4849、d5s、d3.5，这些材质的基体组织都为奥氏体加碳化物，这种组织具有良好的高温性能，要得到奥氏体组织，需要在材料中加入稳定奥氏体组织的合金镍，其中1.4826材质镍的加入量为9-11％，1.4837材质镍的加入量为11-14％，1.4848材质镍的加入量为19-22％，1.4849材质镍的加入量为36-39％，d5s材质镍的加入量为34-36％，d3.5材质镍的加入量为28-30％，由于镍的价格比较高，造成了材料的成本比较高，因此涡轮增压器壳体的成本随之增高，随着涡轮增加市场竞争的加剧，在保证增压器壳体性能的前提下降低成本成为增压器厂家提高市场竞争力的重要方向，而降低材料的成本又是重重之重。
技术实现思路
1、本发明主要提供了一种提供基于金属有机框架材料制备的碳基复合材料为正极的宽温域锌离子电容器，以克服锌离子电容器能量密度低、倍率性能差和使用温度有限的问题。其技术方案如下：
2、一种低合金奥氏体耐热钢，其基体的化学成分按质量百分数计包括21～24％铬、4.5～6.5％镍、3.5～5.5％锰、1.5～2.1％硅、
3、0.35～0.5％碳、0.01～1％铌、0.1～0.3％氮、0.001～0.04％的磷、
4、0.001～0.03％的硫和余量铁及其他不可避免的杂质。
5、进一步的，基体组织为奥氏体+碳化物；碳化物含量为10～30％；s i gma相≤5％；硬度为200～270hb。
6、一种上述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，按配比将铁、石墨、铬和部分硅融化后，再加入部分锰，脱氧除杂后，于体系内依次加入铌和剩余锰；熔清后，将剩余硅从铁槽随流冲进，放完铁液后继续碳化，浇铸得铸钢；将铸钢锻造后进行固溶前处理，得基体；将氮气吹入基体钢液，进行氮处理，再固溶后处理即得。
7、进一步的，先加入的部分锰和剩余锰的质量比为(8～10)：1；先加入的部分硅和剩余硅的质量比为(4～5)：1。
8、进一步的，包括以下步骤：
9、a.先将铁、石墨、铬和部分硅融化后，再加入部分锰，熔清后进行脱氧除杂，于体系内依次加入铌和剩余锰，直至熔清；
10、b.将剩余硅从铁槽随流冲进，放完熔清的铁液后维持浇注温度，搅拌、静置进行碳化，浇铸得铸钢；
11、c.将铸钢进行锻造比3以上的热锻造，锻造后进行固溶前处理，得基体；
12、d.将氮气吹入体系，进行先升温至1600～1700℃保温30～60min，然后再降温至1150～1200℃保温60～90min的氮处理，然后进行固溶后处理，水淬即得。
13、进一步的，步骤a所述脱氧除杂是在熔清后加入铝进行脱氧，然后低吹氩气使杂质上浮，并用造渣剂造渣捞出。
14、进一步的，步骤b所述搅拌是以100～120rpm搅拌3～5min；所述静置的时间为0.5～1h。
15、进一步的，步骤c所述热锻造的终锻温度为950～1000℃；步骤c所述固溶前处理是1100℃下保温30min。
16、进一步的，步骤d所述氮气的吹入流量为0.2～0.5l/min，底吹流量为8～10l/min；所述升温是以10～15℃/min的速率升温；步骤d所述固溶后处理是在1000～1050℃下保温15～25min。
17、一种上述的低合金奥氏体耐热钢在涡轮增压器中的应用。
18、本发明的低合金奥氏体耐热钢的各化学元素的设计机理如下：
19、(1)c元素对钢的微观组织、力学性能及耐磨性起决定性作用；另外，c元素还可与cr、nb、mn、fe、si等合金元素形成碳化物，对钢的微观组织及力学性能均有较大影响。本发明中碳还与硅在钢靠近外层处形成高含量碳化硅，与氮掺杂形成复合材料，提升了钢材的强度。
20、(2)mn元素稳定奥氏体的能力是镍的0.5倍，是重要的奥氏体形成元素。且mn的矿产资源丰富，价格低廉，适合代替镍稳定奥氏体组织。mn元素具有很强的脱氧去硫能力，它可以和硫结合形成mns，从而在相当大程度上消除硫的不良影响，且可提高钢材的硬度、强度和耐磨性。
21、(3)s i元素s i是良好的脱氧剂，能够以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，并提高疲劳强度。但si元素含量过高时会导致碳化物沿晶界析出，还会使钢中出现块状铁素体组织，显著地降低钢的塑性、韧性和延展性。本发明将部分si在熔融后期加入，使该部分硅富集在钢材表面碳化，提升强度的同时，减少硅对钢材基体塑性的影响。
22、(4)n元素稳定奥氏体能力是镍的30倍，在奥氏体形成中具有重要作用，可以代替镍稳定奥氏体组织，是微合金化钢中一种非常有益的元素。本发明的氮部分渗入钢材内，另有部分在钢材靠近表层处与碳、硅等元素掺杂复合，减少钢材内的ni对n的溶解度的影响，减少直接加氮造成的析出型氮气孔缺陷，提高钢材的加工性能。
23、采用上述方案，本发明方法具有以下优点：
24、1、本发明的耐热钢降低了贵重金属镍的使用量，降低了成本，同时保证、甚至提高了钢材的机械性能。
25、2、本发明的耐热钢性能超过了耐热钢1.4826、耐热钢1.4837、耐热钢1.4848、耐热钢1.4849、d5s、d3.5，可以替代上述六种材质应用于涡轮增压器壳体。
26、3、本发明将一部分锰在熔融的后期加入，使钢结构呈现非均质化，提高强度与塑性；同时提高钢材靠近外层的锰含量，结合碳和锰元素的强烈相互作用，促进相邻的碳元素向靠近外层处扩散，便于后期表面碳化硅等碳化物的生成。
27、4、本发明促使钢材靠近表面的位置生成碳化硅，提升钢材的强度，同时减少浓度较高的碳化硅对钢材基体的影响。
28、5、本发明在钢材浇注前，将剩余的硅与熔清的铁液接触，利用浇注的温度，使表面的硅与铁液内的碳反应，利用简单的分布融化，避免了额外的处理所需要的物料转移引起的物料损失，以及多设备引入造成的成本增加。
29、6、本发明在固溶处理后，将氮气吹入钢材，使氮渗入钢材中，与钢材上的碳和硅反应，生成氮化硅，与碳化硅形成掺杂，抑制晶界的形成，提高晶体质量，并且提高钢材的机械性能。
30、7、本发明的耐热钢的制备方法简单，步骤少，有利于工业化推广。
1.一种低合金奥氏体耐热钢，其特征在于，其基体的化学成分按质量百分数计包括21～24％铬、4.5～6.5％镍、3.5～5.5％锰、1.5～2.1％硅、0.35～0.5％碳、0.01～1％铌、0.1～0.3％氮、0.001～0.04％磷、0.001～0.03％硫和余量铁及其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低合金奥氏体耐热钢，其特征在于，基体组织为奥氏体+碳化物；碳化物含量为10～30％；sigma相≤5％；硬度为200～270hb；900℃下抗拉强度大于680mpa。
3.一种权利要求1所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，按配比将铁、石墨、铬和部分硅融化后，再加入部分锰，脱氧除杂后，于体系内依次加入铌和剩余锰；熔清后，将剩余硅从铁槽随流冲进，放完铁液后继续碳化，浇铸得铸钢；将铸钢锻造后进行固溶前处理，得基体；将氮气吹入基体钢液，进行氮处理，再固溶后处理即得。
4.根据权利要求3所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，先加入的部分锰和剩余锰的质量比为(8～10)：1；先加入的部分硅和剩余硅的质量比为(4～5)：1。
5.根据权利要求3所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤a所述脱氧除杂是在熔清后加入铝进行脱氧，然后低吹氩气使杂质上浮，并用造渣剂造渣捞出。
7.根据权利要求5所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤b所述搅拌是以100～120rpm搅拌3～5min；所述静置的时间为0.5～1h。
8.根据权利要求5所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤c所述热锻造的终锻温度为950～1000℃；步骤c所述固溶前处理是1100℃下保温30min。
9.根据权利要求5所述的低合金奥氏体耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤d所述氮气的吹入流量为0.2～0.5l/min，底吹流量为8～10l/min；所述升温是以10～15℃/min的速率升温；步骤d所述固溶后处理是在1000～1050℃下保温15～25min。
10.一种权利要求1或2所述的低合金奥氏体耐热钢在涡轮增压器中的应用。
