一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢，其组分及wt%为：C：0.45~0.89%，Si：0.02~0.19%，Mn：16.5~29.1%，Al：5.1~13.3%，Ti：0.21~0.33%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，N：≤0.010%；生产方法：冶炼并连铸成坯；对连铸加热；粗轧；喷水冷却；精轧；快速加热；卷取；自然冷却至室温。本发明专利技术屈服强度在1307~1398MPa，抗拉强度在1653~1721MPa，延伸率在49~56%，用于制作成型要求更复杂的结构部件，并极大的拓展了低密度钢的使用范围。
【技术实现步骤摘要】
一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢及生产方法
本专利技术涉及一种高强度热轧钢及其生产方法，确切地属于一种抗拉强度≥1650MPa的热轧奥氏体低密度钢及其生产方法。特别适宜在短流程产线生产。
技术介绍
低密度钢是指通过向钢中添加轻质元素如铝、硅和镁等，使钢材的密度降低的一类钢。当钢中添加质量分数为5~15%的铝时，其密度只有常规钢密度的80%左右，具有显著的减重效果，广泛应用于汽车和机械制造等领域。奥氏体低密度钢作为低密度钢的一种，因其具有出色的成型性能，受到了越来越多的关注。在现有技术中，奥氏体低密度钢一般会在钢中加入大量的Mn等奥体氏体稳定化元素，降低奥氏体向铁素体转变的温度，使钢带在较低的温度条件下仍能保留大量的奥氏体组织，具有大量奥氏体组织的钢材一般具有较好的塑性，然而以奥氏体组织为主的钢普遍存在的问题是该类钢的强度较低，其屈服强度一般小于500MPa，作为结构件使用时受到很大的限制，如何进一步提高奥氏体低密度钢的强度是目前先进高强钢研究领域的热点之一。如经检索的：中国专利申请号为2018111220515.X的外文文献，公开了《一种980MPa级高延性低密度汽车用奥氏体钢及其制备方法》。该文献的化学成分质量百分比(％)为：C0.5％～1.0％、Si0.2％～0.5％、Mn12％～16％、Alt5％～8％、Ti0.1％～0.3％、Ce：0.02％～0.04％、P≤0.01％、S≤0.01％、N≤0.004％，余量为Fe。其生产方法包括铁水连铸-粗轧-精轧-冷却-卷取-冷轧-连续退火-平整。该方法基于常规喷气冷却退火生产方法，获得了一种屈服强度范围为645~762MPa，抗拉强度范围为954~1027MPa，延伸率为25~44%的奥氏体钢。该文献存在的不足是不仅屈服、抗拉强度和延伸率相对较低，难以适用于成型要求复杂的结构部件，且在热轧后需要进行冷轧和退火才能得到，生产流程和生产周期较长。中国专利申请号为201410069023.8的文献，公开了《一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢及其制备方法》。该文献元素组成及含量为：C：0.28~1.15%，Al：3.0~12.0%，Mn：6.9~27.6%，Si：0.01~2.0%；并包括以下元素中的一种或几种：Cr：0.01~0.80%，Ni：0.01~0.60%，Mo：0.01~0.30%，V：0.001~0.10%，Nb：0.001~0.06%，Ti：0.001~0.02%，且该组成的剩余部分为Fe和杂质；工艺依次为：冶炼后在900～1200℃进行均匀化处理；水冷至室温；在300～600℃进行时效处理2～50小时；再水冷至室温，最后得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢。其存在的问题是，不仅生产工序复杂，生产所需时间长，难以进行批量化工业生产。且抗拉强度仅为960~1350MPa。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在而不足，提供一种屈服强度在1307~1398MPa，抗拉强度在1653~1721MPa，延伸率在49~56%的热轧奥氏体低密度钢及生产方法实现上述目的的措施：一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.45~0.89%，Si：0.02~0.19%，Mn：16.5~29.1%，Al：5.1~13.3%，Ti：0.21~0.33%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，N：≤0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：屈服强度在1307~1398MPa，抗拉强度在1653~1721MPa，延伸率在49~56%；微观组织中奥氏体体积占比不低于98%。优选地：Ti的重量百分比含量为0.27～0.33%。生产一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢的方法，其步骤：1）冶炼并连铸成坯，期间，控制钢水过热度在5~27℃；在浇注中控制拉坯速度在5.8~6.5m/min，铸坯的厚度控制在55~75mm；并采用专用保护渣进行浇铸保护；2）对连铸后的铸坯直接进行加热，加热温度控制在887~1052℃，加热时间在11~32min；3）进行粗轧，采用2~3机架粗轧，并控制钢坯在粗轧末机架的出口温度在753~916℃；粗轧累计压下率控制在81~95%；4）进行喷水冷却，在冷却速度为78~163℃/s下冷却至531~682℃；5）采用5~7机架进行精轧，并控制精轧终轧温度在473~552℃；精轧末机架出口速度控制在17~25m/s；带钢出口厚度在0.8~4.5mm；6）对带钢进行快速加热，在加热速度为83~117℃/s下加热至卷取温度；7）进行卷取，卷取温度在551~651℃；8）自然冷却至室温。其在于：所述专用保护渣主要理化性能指标为：半球熔点在1002±50℃，碱度在1.1±0.3，粘度在1290~1310℃温度下为1.68±0.3泊，体积密度为0.81±0.1Kg/L。本专利技术中各元素及主要工艺的机理及作用C元素是奥氏体稳定化元素，起到间隙固溶强化作用，奥氏体中含碳量升高，奥氏体稳定性升高，Ms点下降，为获得塑性良好的奥氏体组织，钢中的C含量应大于0.45%。但是，当C量大于0.89%时会使钢的成形性和焊接性能急剧恶化，因此，本专利技术中的C含量应控制在0.45~0.89%。Si元素在钢中起到固溶强化的作用，同时是脱氧元素，为保证脱氧效果钢中Si含量应该控制0.02%以上，但当Si含量大于0.19%时，会促进内锈层的形成，会给轧制时除鳞带来困难，从而导致钢带表面质量恶化，另外，Si含量过高还会降低钢的焊接性能，因此，本专利技术中的Si含量应控制在0.02~0.19%。Mn元素能有效扩大奥氏体相区，稳定奥氏体。它的加入使Ms点降低。此外钢中加入一定量的Mn能使钢在形变过程中容易产生密集的孪晶，显著地提高钢材的延伸率。因此，Mn含量应控制在16.5%以上，但Mn含量如高于29.1%，则易形成带状组织，且焊接性能大幅下降，不利于钢材综合性能的改善。故本专利技术中的Mn含量控制在16.5~29.1%。A1元素能有效降低钢材的密度。此外，Al元素为缩小奥氏体相区元素，能使A3温度升高，Al还能增加钢的层错能，强烈抑制马氏体相变从而有利于形变孪晶的形成，从而提高其强度和塑性。此外，高Mn含量和一定的Al含量可显著提高钢的热变形抗力，延迟动态再结晶，使奥氏体晶粒在动态再结晶后得到细化。因此Al含量应大于5.1%。然而，当钢中Al含量如高于13.3%时，会导致钢水难以浇注。故本专利技术中的Al含量控制在5.1~13.3%。Ti元素是强碳氮化物形成元素，钢中Ti与N在高温下形成的TiN在加热和焊接的高温条件下都不会溶解，明显提高钢的焊接性能。此外，TiN能有效钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大。另外，当钢中的Ti含量足够多时，会与钢中的C结合形成TiC起到沉淀强化的作用，Ti含量如低予本专利技术所限定的下限时，会导致Ti难以起到细晶强化和沉淀强化效果，Ti含量如高于所限定的上限时会导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.45~0.89%，Si：0.02~0.19%，Mn：16.5~29.1%，Al：5.1~13.3%，Ti：0.21~0.33%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，N：≤0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：屈服强度在1307~1398MPa，抗拉强度在1653~1721MPa，延伸率在49~56%；微观组织中奥氏体体积占比不低于98%。/n
【技术特征摘要】
1.一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.45~0.89%，Si：0.02~0.19%，Mn：16.5~29.1%，Al：5.1~13.3%，Ti：0.21~0.33%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，N：≤0.010%，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能：屈服强度在1307~1398MPa，抗拉强度在1653~1721MPa，延伸率在49~56%；微观组织中奥氏体体积占比不低于98%。
2.如权利要求1所述的一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.27～0.33%。
3.生产如权利要求1所述的一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢的方法，其步骤：
1）冶炼并连铸成坯，期间，控制钢水过热度在5~27℃；在浇注中控制拉坯速度在5.8~6.5m/min，铸坯的厚度控制在55~75mm；并采用专用保护渣进行浇铸保护；
2）对连铸后的铸...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘晓龙，万响亮，徐光，赵刚，刘升，许耀文，肖欢，杨庚蔚，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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