一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法技术

一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法，属于合金钢技术领域，该钢的化学成分质量分数wt％为：C:1.4～1.7％、Mn:25～30％、Al:10～12％、Cr:3～5％、Nb:0.05～0.1％、S≤0.003％、P≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法：采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭，铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理；均质化处理后锻造成方坯；将锻坯加热至1180～1200℃保温2～4小时；均质化后的锻坯进行5～8道次热轧，水冷至室温，得到耐腐蚀高强度轻质钢；其密度均小于6.5g/cm3,屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％，并具备优于普通钢材的耐腐蚀性能，在汽车、船舶、水电、风电等领域有广泛的应用潜力。风电等领域有广泛的应用潜力。风电等领域有广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料及冶金领域，特别涉及一种耐腐蚀、高强度轻质钢的制备方法。

技术介绍

[0002]Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系低密度钢的设计思路是，通过添加Al元素的含量降低钢的密度，添加Mn、C等元素进行成分优化，匹配与之对应的制备工艺，得到特殊用途的低密度钢。节能降耗是人类面临的严峻的生存问题。依照可持续发展战略的要求，汽车及海洋工程装备轻量化是未来的发展趋势。
[0003]经对现有技术的文献进行检索发现，中国专利技术专利CN109735691A公开了一种1000MPa高碳高锰低密度钢及其制备方法，其成分质量百分比wt％为：C：0.75～0.95％，Mn：14～19％，Al： 7.0～9.0％，S：0～0.005％，P：0～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。可得到屈服强度超过700MPa，抗拉强度950～1100MPa，断后延伸率50～60％，强塑积超过50GPa.％。其组织为奥氏体+铁素体双相组织。由于存在双相组织，其组织与成分不同于本专利技术，且其强度远小于本专利技术。
[0004]中国专利技术专利CN108486492B公开了一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板，其成分质量百分比wt％为：C：0.7％～1％，Mn： 13％～20％，Al：8％～13.3％，Ti：0.21％～0.33％，Nb＜0.1％，Si＜ 0.1％，，S＜0.01％，P＜0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。其抗拉强度为1200～1300MPa，延伸率为30～40％，密度为6.5～7g/cm3，其组织为奥氏体基体和NiAl第二相构成的双相组织。制备工艺为冶炼浇铸后热轧至3～5mm，最后经冷轧和退火得到成品。而本专利技术的密度＜6.5g/cm3，组织为奥氏体单相组织，且不需经过冷轧和退火处理，有效降低了生产成本。
[0005]中国专利技术专利CN111663085A公开了一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢及生产方法，其成分质量百分比wt％为：C：0.45～ 0.89％，Mn：16.5～29.1％，Al：5.1～13.3％，Si：0.02～0.19％，Ti： 0.21～0.33％，S≤0.05％，P≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。其屈服强度在1307～1398MPa，抗拉强度可达到1653～1721MPa，延伸率可达到49～56％。由于添加了大量的微合金元素Ti，使得晶粒细化且析出大量TiC，力学性能得到提升，但是其生产工艺需经过 473～682℃的精轧和551～651℃的卷曲，对轧机性能有较高的要求且流程较为复杂。本专利技术制备工艺不需经过中温的精轧和后续的卷曲，且由于Cr元素的添加提升了耐腐蚀性能。

技术实现思路

[0006]基于以上问题，本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法，其密度小于6.5g/cm3，组织为全奥氏体，奥氏体晶粒内存在均匀弥散分布的纳米级κ碳化物，屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种耐腐蚀高强度轻质钢，其特征在于，化学成分质量分数为： C：1.4～1.7％、Mn：25～30wt％、Al：10～12％、Cr：3～5％、Nb:0.05～0.1％、 S≤0.03％、P≤0.03％余量为Fe及不可避免杂质；所述耐腐蚀高强度低密度钢的密度均小于6.5g/cm3,屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％。
[0009]进一步地，所述的耐腐蚀高强度低密度钢，添加了3～5％Cr，提升其耐腐蚀性能，且其组织为全奥氏体组织，奥氏体晶粒内存在均匀弥散分布的纳米级κ碳化物。
[0010]如上所述的耐腐蚀高强度轻质钢的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)冶炼：按耐腐蚀高强度轻质钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
[0012](2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理，均质化处理后锻造成方坯；
[0013](3)热轧：将锻坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5～8道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80～90％，水冷至室温，制得成品热轧板。
[0014]各化学元素在钢中的作用如下：
[0015]C：碳是奥氏体形成和稳定化元素，起间隙固溶强化作用，奥氏体的稳定性随奥氏体中的含碳量的增加而升高。在钢中与Mn和Al元素形成κ碳化物，对钢的强韧性有积极作用；本专利技术设定的C含量为 1.4～1.8％。
[0016]Mn：锰是Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系低密度钢的主要合金元素，锰对奥氏体的稳定性具有极大的影响，可以扩大奥氏体相区，提高奥氏体的稳定性，起固溶强化作用。它的加入可使Ms点降低。Mn元素也影响着 Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系低密度钢的层错能，能使钢在受到外力而形变时产生致密的孪晶，明显地提高该系列低密度钢的延伸率。但是过高的Mn 含量会造成成分偏析，形成带状组织以及焊接性能下降，对锰钢的综合性能的提高有负向作用；本专利技术设定Mn的含量为25～28％。
[0017]Al：铝会缩小奥氏体相区，能使A3温度升高，同时有效增强奥氏体的稳定性，增加Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系低密度钢的层错能，从而提高Fe
‑ꢀ
Mn
‑
Al
‑
C系低密度钢的强塑性。铝的添加会使钢的密度下降，每添加 1％Al，钢的密度降低0.101g/cm3，一定的铝含量可以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；本专利技术设定Al含量为10～12％。
[0018]Cr：铬是缩小奥氏体相区元素，提高层错能。降低Ms点，提高耐蚀性；少量铬可提高低温冲击韧性，对低温抗拉强度有益，对屈服强度贡献不大，也可以抑制κ碳化物沉淀析出；本专利技术设定Cr的含量为3～5％。
[0019]Nb：强碳化物形成元素，能够细化晶粒提高强度和韧性。能增加钢的弹性模量；本专利技术设定Nb的含量为0.05～0.1％。
[0020]P、S:磷和硫是钢形成的不利元素。硫在钢中以FeS、MnS等硫化物夹质的形式存在，硫化物通常发布在晶界中，当温度达到其熔点时便会熔化，在轧制和锻造时会导致钢热变形时的开裂。磷会严重影响钢的冷变形能力，随着磷含量的增加，其影响会急剧加剧，并出现冷脆现象；本专利技术设定P、S的含量为≤0.03％。
[0021]本专利技术提供的一种耐腐蚀高强度轻质钢的制备方法，与现有技术相比，具有如下
有益效果：
[0022](1)本专利技术制备的产品具有极低的密度，由于轻质元素Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀高强度轻质钢，其特征在于，化学成分质量分数为：C：1.4～1.7％、Mn：25～30wt％、Al：10～12％、Cr：3～5％、Nb:0.05～0.1％、S≤0.03％、P≤0.03％余量为Fe及不可避免杂质；所述耐腐蚀高强度低密度钢的密度均小于6.5g/cm3,屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％。2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强度轻质钢，其特征在于，所述的耐腐蚀高强度低密度钢，添加了3～5％Cr，提升其耐腐蚀性能，且其组织为全奥氏体组织，...

【专利技术属性】
技术研发人员：武会宾，刘金旭，何金珊，汪水泽，吴宏辉，毛新平，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：