一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢及其制造方法技术

一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢及其制造方法，属于奥氏体

【技术实现步骤摘要】
一种弥散
δ
相强化的低密度高强韧钢及其制造方法


[0001]本专利技术属于奥氏体
‑
铁素体轻质钢或奥氏体
‑
铁素体低密度钢的
，主要针对高强韧性无磁要求的装备或结构物，具体涉及一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着工业生产领域快速发展，能耗过高带来的生态环境污染问题也日益严重。其解决方案，一方面是采用清洁能源代替燃油动力，另一方面是通过结构装备减重从而减轻油耗与污染，因此，结构装备轻量化是节能环保的一个重要举措。众多大中型型变压器、电磁铁、除铁器、磁选机、选矿设备等不导磁部件的轻量化对环境保护、节能降耗尤为重要，同时还必须高度重视相应钢材在电气工况下的低磁性要求。为此，Fe
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Mn
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Al
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C系合金钢通过向钢中添加轻质元素Al以降低材料密度，同时添加适量Mn、C等奥氏体稳定化元素，成为奥氏体轻质钢，可以用作无磁钢使用，兼具轻质化、高强塑韧性、低磁性等多项性能，是一种应用前景广阔的结构功能一体化钢铁材料。
[0003]中国专利技术专利CN110592487A公开的“一种700MPa级奥氏体铁素体双相低密度铸钢及其制备方法”，其成分质量百分数为：0.01
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1.00％C、0.1
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0.2％Si、10.0
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25.0％Mn、10.0
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15.0％Al、0.01
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1.0％V、0.01
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1.0％Nb、0.01
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1.0％Ti、≤0.01％S、≤0.02％P，余量为Fe及不可避免的杂质。虽然该轻质双相钢Al含量较高、密度较低，但Mn、C元素含量较低，不能保证奥氏体稳定性与低磁性要求，且强度级别也较低。
[0004]中国专利技术专利CN110747399A公开的“一种高屈强比高锰高铝无磁钢板的控轧控冷生产方法”，其成分质量百分数为：0.14
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0.20%C、≤0.50%Si、21.50
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25.50%Mn、≤0.030%S、≤0.030%P、1.50
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2.50%Al、0.04
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0.10%V、≤1.0%Cr+Ni，余量为Fe及不可避免的杂质。其Al含量很低，轻量化严重不足，且C含量低，强度级别较低。
[0005]中国专利技术专利CN108486492A公开的“1200MPa级高强度高塑性低密度及其制造方法”，其成分质量百分数为：0.7
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1.0%C、13
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20%Mn、8
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11%Al、1
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4%Ni、≤0.1%Si、≤0.01%S、≤0.01%P、0
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0.1%Ti、0
‑
0.1%Nb、0
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0.15%V，余量为Fe及不可避免的杂质。其Mn元素含量较低，且制备温度过低，析出相过多，不能保证奥氏体稳定性、低磁性与塑韧性要求。综上所述，现有Fe
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Mn
‑
Al
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C系轻质钢相关专利和文献所涉及的技术，要么钢中的Al含量很低而本质上不属于轻质钢，要么因Mn、Al、C等比例调控较差导致奥氏体稳定性和低磁性不足，要么因Al较高而易形成δ、κ脆性相且导致塑韧性均有不足。为此，有必要探索高强塑韧合金化与低磁奥氏体轻量化等新技术，使这类奥氏体轻质钢获得高强、低磁、高塑韧性的卓越综合性能。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术提供一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢及其制造方法，通过复合添加稀土元素，改善高温铁素体δ的形态，获得组织均匀的高强高韧新型低磁轻质奥氏体钢。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢，所述低密度高强韧钢的化学成分按质量百分比包括：Mn 29~33%，Al 11.40~11.90%，C 1.09~1.14%，Si 0.70~1.00%，Cr 2.00~3.90%，Ti 0.01~0.30%，Ce 0.05~0.10%，La 0.01~0.05%，N 0.01~0.05%，P≤0.012%，S≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0008]本专利技术中的Al、C、Cr的重量百分比满足：0.7((3Al+Cr)
‑
25C)/C＜7；Mn、Al、C重量百分比满足：8.15
‑
0.101Al
‑
0.41C
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0.0085Mn＜6.5。
[0009]此外，本专利技术还提供了一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢的制造方法，包括以下步骤：1）冶炼铸锭 按照低密度高强韧钢的组成成分设计要求进行投料，采用真空感应炉冶炼或电弧炉
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精炼炉
‑
真空脱气炉三联法冶炼并浇注成铸锭坯料；所述低密度高强韧钢的组成成分按质量百分比包括：Mn 29~33%，Al 11.40~11.90%，C 1.09~1.14%，Si 0.70~1.00%，Cr 2.00~3.90%，Ti 0.01~0.30%，Ce 0.05~0.10%，La 0.01~0.05%，N 0.01~0.05%，P≤0.012%，S≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，精炼炉中精炼时间至少30min，真空脱气炉中真空脱气10
‑
30min，浇注时钢水温度控制在1380～1500℃，铸锭坯料浇注完成后1h内脱模，脱模后的铸锭坯料以5～8℃/h的降温速度缓冷至室温；2）控温轧制 对步骤1）所得坯料切除冒口后，以25～35℃/h的升温速度缓慢加热至1150~1190℃，保温4h以上且使坯料完全均匀后出炉轧制，开轧温度为1120～1140℃，以6
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20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥1000℃；3）淬火固溶 将步骤2）所得的轧件直接送入层流水或水槽，以≥25℃/s的冷速进行淬火固溶，入水温度≥980℃，终冷温度≤100℃。
[0010]在步骤1）和步骤2）之间增设铸锭坯料的锻造成形工序，铸锭坯料的锻造成形工序为：将步骤1）所得铸锭坯料，以20～25℃/h的升温速度缓慢加热至1110~1150℃，保温10h以上至充分均匀化以后，按整形、展宽、拔长和整形的工序进行锻造；每当锻件发生温降至接近950℃时，回炉升温至1110~1150℃，加热时间不少于1h，直到锻成适合于轧制的板状坯料，终锻温度≥970℃；锻造结束后将板状坯料缓冷至室温。
[0011]在本专利技术成分设计中： Mn：Mn是奥氏体稳定化元素，能够扩大奥氏体相区、缩小铁素体相区、抑制κ脆性相。同时Mn起到固溶强化的作用，相应提高钢的加工硬化率。较高的Mn含量有利于获得单相奥氏体组织，从而改善钢的塑韧性。但是随着锰含量增加，钢的晶粒粗大化，且热导率急剧下降、线胀系数上升，导致工作加热或冷却时形成较大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢，其特征在于所述低密度高强韧钢的化学成分按质量百分比包括：Mn29~33%，Al11.40~11.90%，C1.09~1.14%，Si0.70~1.00%，Cr2.00~3.90%，Ti0.01~0.30%，Ce0.05~0.10%，La0.01~0.05%，N0.01~0.05%，P≤0.012%，S≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的弥散δ相强化的低密度高强韧钢，其特征在于所述低密度高强韧钢中的Al、C、Cr的重量百分比满足：0.7((3Al+Cr)
‑
25C)/C＜7；所述低密度高强韧钢中的Mn、Al、C重量百分比满足：8.15
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0.101Al
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0.41C
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0.0085Mn＜6.5。3.根据权利要求1所述的弥散δ相强化的低密度高强韧钢，其特征在于：所述低密度高强韧钢的密度ρ＜6.5g/cm3。4.根据权利要求1所述的弥散δ相强化的低密度高强韧钢，其特征在于：所述低密度高强韧钢的组织以奥氏体为基体，含有少量δ铁素体及Ti(C,N)。5.根据权利要求1所述的弥散δ相强化的低密度高强韧钢，其特征在于：所述低密度高强韧钢的屈服强度R
eL
≥829MPa，抗拉强度R
m
≥985MPa，延伸率≥39%，
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40℃KV2冲击功≥76J。6.一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢的制造方法，其特征在于所述低密度高强韧钢的制造方法包含以下步骤：1）冶炼铸锭按照低密度高强韧钢的组成成分设计要求进行投料，采用真空感应炉冶炼或电弧炉
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精...

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