【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，具体涉及一种低密度高强度高耐磨钢及其热处理制备方法。
技术介绍
1、
2、fe-mn-al-c系合金钢是一种新型低密度高强钢。研究表明，每添加质量分数为1％的al，密度大约可降低1.3％，有望成为未来轻量化先进高强钢的优选材料。但fe-mn-al-c系低密度钢合金含量高、组成相复杂，直接对al组分的占比进行增加反而会导致铁素体体积分数过高，不利于低密度钢综合性能的改善，需要对其化学成分和生产工艺进一步研究，以获得轻量化和具有优良服役寿命的高性能高耐磨金属材料。
3、因此，如何通过合金成分设计和热处理工艺获得兼具轻量化和优良耐磨性的fe-mn-al-c系低密度钢，为解决高性能高耐磨金属材料重量和服役寿命问题提供新思路，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种低密度高强度高耐磨钢及其热处理制备方法，以解决现有fe-mn-al-c系低密度钢难以兼具轻量化和优良耐磨性能的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、一种低密度高强度高耐磨钢，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：
4、0.35～0.4％c、6～7％mn、5.5～6％al、1.2～1.3％si、0.3～0.4％v、0.03～0.035％nb和0.002～0.003％b，余量为fe以及不可避免的杂质。
5、本专利技术的有益效果为：
6、c：
7、mn：mn是奥氏体稳定性元素，可以扩大奥氏体相区，降低马氏体开始转变温度(ms点)，提高室温下残余奥氏体的含量。mn元素具有细化晶粒和固溶强化的作用。但mn含量过高会导致奥氏体过于稳定而无法产生trip效应，同时可能会产生β-mn脆性相，进而影响低密度钢的综合性能。
8、al：al元素是fe-mn-al-c系低密度钢的重要元素之一，可以通过降低钢材的平均摩尔质量，引起晶格膨胀，从而达到降低材料密度的目的。每添加质量分数为1％的al，密度大约可降低1.3％。此外，al是铁素体形成元素，能够缩小γ相区，扩大α相区，提高钢材中的铁素体含量，al对铁素体的固溶强化效果显著，进而有效提高钢材的强度。但al元素含量过高会导致铁素体体积分数过高，这不利于低密度钢综合性能的改善。
9、si：si是铁素体形成元素，能在铁素体中起到固溶强化的作用。但si元素在碳化物中的溶解度很低，在热处理过程中不利于碳化物的形核和析出，因此需要控制si元素的含量。
10、v、nb：v元素和nb元素均可以促进第二相粒子的析出，形成vc和nbc碳化物强化相，钉扎位错，进而提高基体强度和应变硬化能力，同时可以有效阻碍晶粒长大，达到细化晶粒的目的。
11、b：b元素除了可以有效改善fe-mn-al-c系低密度钢的淬透性外，还能防止mn元素在晶界处偏析。
12、本专利技术通过调节各组分之间的配比，通过对al元素的调整，起到了降低材料密度的作用，并与si元素结合对铁素体起到固溶强化作用，有效提高钢材的强度，通过mn、v、nb等元素细化钢材晶粒，提高机体强度和应变硬化能力，并通过b元素改善钢材的淬透性，防止mn元素在晶界处的偏析，得到了一种具有高强度、低磨损率和低密度的钢材。
13、进一步地，包括以下重量百分数的组分：
14、0.38％c、6.74％mn、6％al、1.27％si、0.38％v、0.034％nb和0.009％b，余量为fe以及不可避免的杂质。
15、上述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：
16、先按照重量组分冶炼和锻造原材料，然后热轧得到钢材薄板，最后进行热处理，制得。
17、进一步地，热轧的起始温度为1100-1300℃。
18、进一步地，热轧的起始温度为1200℃，随后空冷至室温。
19、进一步地，热处理的方式为：将钢材在稀有气体保护下加热进行回火，然后空冷至室温。
20、进一步地，回火的温度为150-250℃，保温时间为1-3h，加热速率为10-30℃/min。
21、进一步地，回火的温度为150℃、200℃或250℃，保温时间为2h，加热速率为20℃/min。
22、进一步地，空冷冷速为10-30℃/s。
23、进一步地，空冷冷速为20℃/s。
24、本专利技术具有以下有益效果：
25、本专利技术提供了一种同时具备高强度、高抗磨损性能和低密度的钢材及其制备方法，钢材的组织特征为马氏体及少量奥氏体(～5％体积分数)，经过实验发现，本专利技术制得的钢材密度为7.0-7.2g/cm3，抗拉强度达到2000mpa以上，屈服强度达到1200mpa以上，维氏硬度达到470hv以上，10n磨损率在0.25×106μm3/mm以下，30n-磨损率在4.7×106μm3/mm以下，与zgmn8crmo耐磨中锰铸钢和常用的马氏体耐磨钢(nm400)相比具有更好的抗磨损性能和更好的力学性能。
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1.一种低密度高强度高耐磨钢，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：
2.根据权利要求1所述的低密度高强度高耐磨钢，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：
3.权利要求1或2所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热轧的起始温度为1100-1300℃。
5.根据权利要求4所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热轧的起始温度为1200℃。
6.根据权利要求3所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热处理的方式为：将钢材在稀有气体保护下加热进行回火，然后空冷至室温。
7.根据权利要求6所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述回火的温度为150-250℃，保温时间为1-3h，加热速率为10-30℃/min。
8.根据权利要求7所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述回火的温度为150℃、200℃或250℃，保温时间为2h，加热速率为20℃/min。<...
【技术特征摘要】
1.一种低密度高强度高耐磨钢，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：
2.根据权利要求1所述的低密度高强度高耐磨钢，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：
3.权利要求1或2所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热轧的起始温度为1100-1300℃。
5.根据权利要求4所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热轧的起始温度为1200℃。
6.根据权利要求3所述的低密度高强度高耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热处理的方式为：将钢材...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐小军，高瑜，梁云霄，朱旻昊，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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