一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及合金技术领域，尤其涉及一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用。按照质量百分比计，包括Mn30～34％，Al11～11.9％，C1.2～1.29％，Cr4～7％，Cu0.5～1.2％，Nb0.01～0.3％，V0.01～0.3％，Ti0.01～0.3％，La0.05～0.1％，B0.0001～0.005％，N0.05～0.1％，P≤0.012％，S≤0.003％余量的铁和不可避免的杂质；且8.15

【技术实现步骤摘要】
一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及合金
，尤其涉及一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会经济的不断发展，能源大量消耗带来了一系列环境问题，其解决方案一方面是通过使用清洁能源代替燃油动力，另一方面是通过减轻交通装备自身重量从而减少燃油消耗、减少污染，因此，交通装备轻量化是节能环保的一个重要举措。目前钢铁材料都向着轻质高强高韧的方向发展，例如国内外汽车、高铁等用钢铁材料，矿山机械、大型运输机械所用耐磨材料，航空航天用高性能钢及能源运输用管线钢等。与此同时，高强度管线钢、超高强度耐磨钢和超高强度航天航空用钢及未来极地环境用舰船钢等材料都提出了高强度和高韧性匹配的要求。但现有高强乃至超高强钢存在韧性不足，特别是低温韧性不足或韧脆转变温度过高等迫切需要解决的问题。
[0003]公开号为CN108486492A的中国专利公开了一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法，其质量百分含量的组分：Mn 13～20％，Al 8～11％，C 0.70～1％，Si＜0.10％，Ni 1～4％，Ti 0～0.10％，Nb 0～0.10％，抗拉强度为1200～1300MPa，延伸率为30～40％，密度为6.5～7g/cm3，其制备工艺为冶炼浇铸成铸锭，加热至1100～1200℃保温后热轧，热轧后水冷至室温；加热至900～1100℃固溶处理后水冷；酸洗后进行冷轧处理；然后加热至800～1000℃保温空冷至室温进行退火处理。该专利Al含量添加量不够，密度降低效果有限；且Mn含量较低，不能保证奥氏体组织稳定性，且不利于产生良好的塑性，同时，也不能保证密度小于6.4的同时保持30％以上的延伸率和940MPa的屈服。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用，所述低密度超高强度高塑性钢同时满足高强度、高韧性和轻量化的特点。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种低密度超高强度高塑性钢，按照质量百分比计，包括以下元素：Mn 30～34％，Al 11～11.9％，C 1.2～1.29％，Cr4～7％，Cu 0.5～1.2％，Nb 0.01～0.3％，V 0.01～0.3％，Ti 0.01～0.3％，La 0.05～0.1％，B 0.0001～0.005％，N 0.05～0.1％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量的铁和不可避免的杂质；
[0007]且Mn、Al和C的重量百分比关系为：8.15
‑
0.101[Al]‑
0.41[C]‑
0.0085[Mn]<6.4，C、Al和Cr的重量百分比关系为：0.7((3[Al]+[Cr])
‑
25[C])/[C]<6。
[0008]优选的，所述高强韧轻质钢板的组织为奥氏体、δ铁素体和(Nb,V,Ti)(C,N)，其中奥氏体含量≥94vol％；
[0009]所述高强韧轻质钢板的密度≤6.4g/cm3；屈服强度为≥950MPa，抗拉强度为≥1050MPa，延伸率≥30％，
‑
40℃KV2≥34J。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述低密度超高强度高塑性钢的制备方法，包括以下步骤：
[0011]按照所述低密度超高强度高塑性钢的元素组成，将制备原料混合后，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；
[0012]将所述铸锭依次进行锻造成形、轧制、淬火固溶和低温时效处理，得到所述低密度超高强度高塑性钢。
[0013]优选的，所述锻造成形的开锻温度为1100～1140℃，终锻温度≥990℃。
[0014]优选的，所述锻造成形的过程为：以15～20℃/h的速度升温至1100～1140℃，保温≥10h后，按整形、展宽、拔长和整形的过程进行锻造，每当锻件降温至950℃时，升温至1100～1140℃保温≥1h。
[0015]优选的，所述轧制的过程为：以20～30℃/h的升温速率升至1140～1180℃，保温后出炉轧制，开轧温度为1120～1140℃，以6～20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥950℃。
[0016]优选的，所述淬火固溶的冷却速率≥30℃/s，入水温度≥950℃，终冷温度≤50℃。
[0017]优选的，所述低温时效处理的温度为450～550℃，时间为3～6h。
[0018]优选的，所述浇注的温度为1380～1500℃。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述低密度超高强度高塑性钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的低密度超高强度高塑性钢在交通运载装备领域中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种低密度超高强度高塑性钢，按照质量百分比计，包括以下元素组成：Mn 30～34％，Al 11～11.9％，C 1.2～1.29％，Cr 4～7％，Cu 0.5～1.2％，Nb 0.01～0.3％，V 0.01～0.3％，Ti 0.01～0.3％，La 0.05～0.1％，B 0.0001～0.005％，N 0.05～0.1％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量的铁和不可避免的杂质；且Mn、Al和C的重量百分比关系为：8.15
‑
0.101[Al]‑
0.41[C]‑
0.0085[Mn]<6.4，C、Al和Cr的重量百分比关系为：0.7((3[Al]+[Cr])
‑
25[C])/[C]<6。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0022]1)本专利技术通过Nb、V、Ti共同添加的方法，利用上述元素在不同温度阶段碳氮化物析出强化作用，同时合理调配Al、C、Si与Mn轻量化元素以及Cu、La和N等元素含量，有效降低了钢的密度，改善δ铁素体形态，同时保证所述钢具有较高强度、并兼顾塑韧性，使钢具有良好的综合力学性能；
[0023]2)本专利技术中Mn和C元素极大的提高了奥氏体组织稳定性保证其低磁性；同时，Al、Cr扩大铁素体相区，综合调控能够控制高温δ铁素体含量，促进低密度高强奥氏体钢强度和塑韧性的配合；
[0024]本专利技术还提供了上述技术方案所述低密度超高强度高塑性钢的制备方法，包括以下步骤：按照所述低密度超高强度高塑性钢的元素组成，将制备原料混合后，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；将所述铸锭依次进行锻造成形、轧制、淬火固溶和低温时效处理，得到所述低密度超高强度高塑性钢。本专利技术经过冶炼、浇注、锻造成形、轧制、淬火固溶和低温时效处理，可以改善奥氏体晶粒大小及形态，抑制晶界κ碳化物析出等，保证综合力学性能，使最终得到的钢适宜应用在要求高强度高韧性相互配合的重要领域，具有良好的应用前景。
附图说明
[0025]图1为对比例2所述热轧态低密度钢奥氏体钢板的拉伸曲线；
[0026]图2为实施例1所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度超高强度高塑性钢，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下元素：Mn 30～34％，Al 11～11.9％，C 1.2～1.29％，Cr 4～7％，Cu0.5～1.2％，Nb 0.01～0.3％，V 0.01～0.3％，Ti 0.01～0.3％，La 0.05～0.1％，B0.0001～0.005％，N 0.05～0.1％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量的铁和不可避免的杂质；且Mn、Al和C的重量百分比关系为：8.15
‑
0.101[Al]
‑
0.41[C]
‑
0.0085[Mn]<6.4，C、Al和Cr的重量百分比关系为：0.7((3[Al]+[Cr])
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25[C])/[C]<6。2.权利要求1所述低密度超高强度高塑性钢，其特征在于，所述高强韧轻质钢板的组织为奥氏体、δ铁素体和(Nb,V,Ti)(C,N)，其中，奥氏体含量≥94vol％；所述高强韧轻质钢板的密度≤6.4g/cm3；屈服强度为≥950MPa，抗拉强度为≥1050MPa，延伸率≥30％，
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40℃KV2≥34J。3.权利要求1或2所述低密度超高强度高塑性钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述低密度超高强度高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，王青峰，张新宇，王子若，罗宝健，程奔，刘雅祺，李英梅，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：