本发明专利技术提供了一种高强度高延伸率低密度的中厚板及其制备方法。该钢材化学成分质量百分比为：C：0.105‑0.30%，Al：2.00‑6.00%，Mn：1.50‑4.00%，Ni：1.80%‑3.00%，Nb：0.012‑0.06%，Si：0.00‑0.20%，其它为Fe和不可避免杂质。本发明专利技术采用两阶段再结晶控制轧制，γ奥氏体再结晶区轧制温度为1000‑950℃之间，δ铁素体再结晶区轧制温度为930‑800℃之间，轧后板厚为10‑20mm；轧后进行高温回火处理，空冷后得到δ铁素体、回火马氏体和逆转奥氏体的复相组织，δ铁素体含量小于50%，逆转奥氏体含量达到10%以上，屈服强度大于480Mpa，抗拉强度大于570Mpa，断后延伸率大于25%，‑20℃的横向夏比冲击功大于42J。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种高强度高延伸率低密度的中厚板及其轧制与热处理工艺。
技术介绍
近年来，为降低燃料消耗、减少CO2排放量，汽车轻量化逐渐成为业界趋势，轻质合金也随之越来越受到业界的重视。研究人员首先考虑采用的密度小的铝合金板，其价格昂贵，加工、焊接控制难度较高，较难作为汽车用材。低密度钢的开发应用很好地解决了这一问题，在铁基上加入一定量铝，生产出高铝含量钢板，使之兼备钢板的强度、塑性和铝合金的低密度特点。铝的加入还可提高钢的耐腐蚀性能，这种低密度、耐腐蚀的综合性能使高铝低密度钢在海洋工程应用方面具有了十分良好的前景。高铝低密度钢中厚板的现有技术(如中国专利，公开号CN103484771B)公开了一种海洋平台用高铝低密度中厚钢板及其轧制与热处理工艺，实现了低密度化且高强度的特征，但并未解决低密度钢的低温冲击韧性问题。加Al元素的钢在适宜的热处理条件下有可能析出κ碳化物，κ碳化物会成为裂纹的起始点导致材料塑性降低，因此低密度钢在冷轧过程中常常出现开裂现象。另外，铝与氮有较强的亲和力，极易形成AlN颗粒，当铸件凝固时，冷却速度越小，AlN越易析出，铸钢在880℃淬火后，AlN颗粒以六方晶形式沿原奥氏体的晶界析出会使钢变脆。因此，需要提供一种高强度高延伸率低密度且韧性较好的中厚板材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度、高延伸率、低密度的中厚板及其制备方法。通过高铝的合金元素设计，采用两阶段再结晶控制轧制，轧后进行临界热处理实验使钢板回火，空冷后得到铁素体、回火马氏体和逆转奥氏体的复相组织，以提高钢材的低温韧性，同时具备高强度以及良好的耐腐蚀性能，可更好的应用于海洋平台或汽车领域。本专利技术所涉及的高强度、高延伸率、低密度的中厚板，其化学成分质量百分比为：C：0.105-0.30％，Al：2.00-6.00％，Mn：1.50-4.00％，Ni：1.80％-3.00％，Nb：0.012-0.06％，Si：≤0.20％，控制S、P、N含量为S≤0.005％，P≤0.01％，N≤0.005％，其它为Fe和不可避免杂质，为使均化处理后γ奥氏体含量大于δ铁素体含量，其中C、Mn、Ni、Al的含量应符合公式：12[C]+0.25[Mn]+0.2[Ni]+1＞[Al]。优选的质量百分比的化学成分为：C：0.11-0.30％，Al：3.20-6.00％，Mn：2.40-4.00％，Ni：1.80％-3.00％，Nb：0.012-0.055％，Si：≤0.20％。最佳的质量百分比的化学成分为：C：0.18％，Al：3.24％，Mn：2.48％，Ni：1.94％，Nb：0.053％，Si：0.19％。为提高中厚板强度，上述化学成分中，还可添加Mo、V、Ti、Cu元素中的一种或几种替代Fe，添加量按质量百分比计，Mo≤0.5％、V≤0.05％、Ti≤0.08％、Cu≤1％。本专利技术各元素的作用及配比依据如下(以质量百分比为计)：碳：C的一个重要作用是固溶强化，可溶于奥氏体并扩大奥氏体相区，足够的C可形成足够的富碳逆转奥氏体并使之稳定至室温，组织中固溶的合金元素如Al、Mn、Nb可与C结合形成各种碳化物，这些碳化物的沉淀强化作用可以适当提高钢的强度，影响奥氏体和铁素体再结晶温度；然而C含量过高会使钢在淬火后出现较多孪晶亚结构，降低钢的塑性和韧性，且C含量超过0.23％时，材料的焊接性能变坏，因此，本专利技术钢中碳的含量选择在0.105-0.30％之间。铝：Al是铁素体形成元素，在C的分配过程中抑制渗碳体的形成，使逆转变的奥氏体富C，有效提高逆转奥氏体含量及稳定性。作为轻量化元素加入钢中可以降低钢铁材料的密度，也可以起到固溶强化的作用，并提高钢的耐腐蚀性能。但是，为确保均化处理时奥氏体百分含量大于δ铁素体，增大Al含量，需同时提高C、Mn、Ni奥氏体稳定元素含量，材料成本增加，因此，本专利技术中铝的含量选择在2.00-6.00％之间。锰：Mn是扩大奥氏体相区的元素，有利于奥氏体的稳定性的提高，增加钢种逆转奥氏体的含量，可有效提高钢的淬透性及强度和硬度。但是，Mn含量过多会使冶炼和轧制过程中出现偏析(与钢中常规Mn偏析不同，为负偏析，出现δ铁素体的贫Mn区)，晶粒粗化趋势增强，降低钢的塑性和韧性，引起焊接恶化。因此，本专利技术中锰的含量选择在1.50-4.00％之间。镍：Ni是奥氏体稳定元素，可以阻碍高温下晶粒粗化。Ni还可以提高钢的淬透性与耐蚀性。由于Ni的价格昂贵且Al和Ni会生成NiAl金属间化合物降低韧性，故而本专利技术中镍的含量选择在1.80-3.00％之间。铌：Nb通过细晶强化和析出强化可有效提高钢的强度，Nb会强烈抑制动态再结晶的发生。但过量的Nb会减弱钢的热加工性能和钢板的韧性。因此，本专利技术中铌的含量选择在0.012-0.06％之间。另外，Mo可以细化晶粒组织并抑制热加工时晶粒粗化，V也可细化晶粒组织、提高组织热稳定性并提高钢的强度和韧性，Ti可细化铸态组织以及热加工及时阻碍晶粒粗化。Cu可以增加钢的屈服强度并且降低韧脆转变温度，Cu的析出强化可以保持性能的均匀性，冶炼时可以酌情添加这些元素。本专利技术所涉及的一种高强度高延伸率低密度的中厚板的制造工艺如下：(1)冶炼、锻造：用真空感应冶炼炉冶炼，将生铁和各种合金元素按照上述化学成分配比混合加热熔化；温度升至1500-1550℃后出炉浇注；钢锭加热到1200℃保温后，于1200-1000℃之间锻造成为厚度100mm的钢坯并迅速水冷至室温。(2)轧制工艺：将锻造后在均化处理温度保温60-180min进行均匀化处理，然后进行两阶段再结晶控制轧制；第一阶段为γ奥氏体再结晶区轧制，轧制温度为1000-950℃之间，该阶段分三个道次，每道次压下率在28-32％；第二阶段为δ铁素体再结晶区轧制温度，轧制温度为930-800℃之间，该阶段分三个道次，每道次压下率在24-28％左右,两阶段累计压下率大于85％；随后以大于10℃/s冷速冷却至室温，钢板终厚为10-20mm。(3)热处理工艺：将步骤(2)得到的热轧板材回火处理，回火温度为Tt±10℃，Tt＝50ln[C]-1.5[Al]2+14[Al]-13[Mn]-20[Ni]+858，单位℃，保温30-60min，然后空冷，得到钢板。所述步骤(2)中的均化处理温度为Th±10℃，优选公式Th＝1220-2400[C]2+1270[C]-17[Mn]-27[Ni]-30[Al]，单位℃。所述步骤2)均匀化处理时，得到δ铁素体和γ奥氏体，奥氏体摩尔百分比达到50％以上。所述步骤3)获得的钢板得到铁素体、回火马氏体和逆转奥氏体的复相组织，逆转奥氏体含量达到10％以上。上述方法中，钢板的屈服强度大于480Mpa，抗拉强度大于570Mpa，断后延伸率大于25％，-20℃的夏比冲击功超过42J。本专利技术各元素的作用及配比依据如下(以质量百分比为计)：本专利技术的特征在于获得了δ铁素体、回火马氏体和逆转奥氏体的复相组织，从而实现了高延伸率、高强度等优异性能。由于δ铁素体为高温形成相，晶粒尺寸较为粗大，经六道次再结晶区轧制，变形量＜90％，仍较难细化至20μm以下，为满足-20℃夏比冲击功高于42J，δ铁素体含量应小于50％，为此经热力学推导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强度高延伸率低密度的中厚板，其特征在于，其化学成分质量百分比为：C：0.105‑0.30％，Al：2.00‑6.00％，Mn：1.50‑4.00％，Ni：1.80‑3.00％，Nb：0.012‑0.06％，Si：0.00‑0.20％，控制S、P、N含量为S≤0.005％，P≤0.01％，N≤0.005％，其它为Fe和不可避免杂质，其中C、Mn、Ni、Al的含量应符合公式：12[C]+0.25[Mn]+0.2[Ni]+1＞[Al]。
【技术特征摘要】
1.一种高强度高延伸率低密度的中厚板，其特征在于，其化学成分质量百分比为：C：0.105-0.30％，Al：2.00-6.00％，Mn：1.50-4.00％，Ni：1.80-3.00％，Nb：0.012-0.06％，Si：0.00-0.20％，控制S、P、N含量为S≤0.005％，P≤0.01％，N≤0.005％，其它为Fe和不可避免杂质，其中C、Mn、Ni、Al的含量应符合公式：12[C]+0.25[Mn]+0.2[Ni]+1＞[Al]。2.根据权利要求1所述的高强度高延伸率低密度的中厚板，其特征在于，上述化学成分中，添加Mo、V、Ti、Cu元素中的一种或几种替代Fe，其添加量按质量百分比计，Mo≤0.5％、V≤0.05％、Ti≤0.08％、Cu≤1％。3.根据权利要求1-2所述的高强度高延伸率低密度的中厚板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按照权利要求1或2所设计的化学成分进行冶炼、锻造；2)轧制工艺：将锻造后在均化处理温度保温60-180min进行均匀化处理，然后进行两阶段再结晶控制轧制；第一阶段为γ奥氏体再结晶区轧制，轧制温度为1000-950℃之间，该阶段分三个道次，每道次压下率在28-32％；第二阶段为δ铁素体再结晶区轧制温度，轧制温度为930-800℃之间，该...
【专利技术属性】
技术研发人员：王学敏，李建赭，徐翔宇，张威，尚成嘉，杨善武，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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