【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉金属材料冶金及，尤其是一种无碳高模量低密度轻型结构钢板及其制备方法。
技术介绍
1、以强塑性提升为设计理念的汽车钢研发成为了构件减薄的主流方案，然而钢板的持续减薄会显著降低构件刚度，即抵抗弹性变形的能力，导致失稳等风险，亟需进一步提高材料杨氏模量e或降低密度ρ(提高比模量e/ρ)。虽然以铝镁等轻质元素为主的合金化可以降低密度，但也牺牲了杨氏模量，导致构件刚度和碰撞安全性的恶化。因此，汽车钢的发展过于追求高强塑性而忽视了比模量的意义，限制了其在底盘、悬挂等结构件的轻量化潜力。如何在保证高强塑性的前提下，兼备低密度与高杨氏模量，是面向轻量化钢铁材料发展需求的热点与难点问题。
2、目前，在钢中加入足量的轻质高模量陶瓷颗粒是提高比模量的有效途径，一种基于原位自生的新型fe-tib2高模量钢(以下简称原位高模量钢)：利用fe-ti-b体系的共晶反应，在钢液冷却过程中原位生成铁素体基体与tib2颗粒，后者具有极高的杨氏模量(565gpa)与更低的密度(4.5g/cm3)，显著提高钢材比模量。然而，这种新型原位高模量钢材的塑性及成形性会随着陶瓷含量的增加而急剧下降。因此，如何在充足陶瓷含量前提下维持高塑性，是实现原位高模量钢实际应用的核心前提。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的一个技术问题是：如何在充足陶瓷含量的前提下维持高塑性。
2、为解决上述技术问题，本公开实施例提供一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于：该轻型钢的成分按重量含量分别为：mn：
3、其中，ti、b元素通过中间合金的方式添加，且fe-ti中ti重量含量为40％、fe-b中b重量含量为19％。
4、在一些实施例中，前述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其中轻型钢的杨氏模量为220～250gpa，密度为6.88～7.45g/cm3，屈服强度为300～700mpa，抗拉强度为600～865mpa，总延伸率为10～32％。
5、在一些实施例中，前述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其中轻型钢原位生成增强相为tib2颗粒和/或m2b颗粒，且原位生成增强相的体积分数为3.3-17％。
6、在一些实施例中，前述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其中原位生成增强相为tib2颗粒，tib2颗粒的体积分数为1.2～13％；或者
7、原位生成增强相为m2b颗粒，m2b颗粒的体积分数为2～8％；或者
8、原位生成增强相为tib2和m2b颗粒，tib2颗粒和m2b颗粒体积分数为5-17％。
9、在一些实施例中，前述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其中原位生成增强相为tib2颗粒时，且轻型钢的化学组成按照重量百分含量为：mn：15.0～16.0％，a1：3.9～4.0％，ti：4.8～5.0％，b：1.9～2.1％，余量为fe及杂质。
10、在一些实施例中，前述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其中原位生成增强相为tib2和m2b颗粒时，高模量轻质钢组成按照重量百分含量为：mn：15.0～16.0％，a1：1.5～3.7％，cr：0.0～3％，ti：1.8～3.5％，b：1.0～2.1％，nb：0.0-0.2％，余量为fe和一些不可避免的杂质元素。
11、本申请第二方面提供一种无碳高模量低密度轻型结构钢板的制备方法，包括如下步骤，
12、s1、将轻型钢成分配比并冶炼浇铸获得钢锭，将钢锭加热至1080～1180℃，保温2h，并将钢锭锻造成厚度为20～30mm的钢坯；
13、s2、将s1中的钢坯加热到1080～1180℃，保温2h，经过6道次热轧成厚度为3～5mm的薄板，并冷却至室温；
14、其中，初轧温度为1050～1130℃，终轧温度不低于800℃，随后空冷到室温；
15、s3、将s2中的薄板进行预退火处理，将薄板置于650℃～950℃保温0.05h～4h，空冷至室温，得到实验钢；
16、s4、用体积分数为1:1的盐酸和酒精溶液对s3中的实验钢进行酸洗；
17、s51、将s4中酸洗后的实验钢用液氮冷轧轧制1～1.5mm厚，得到第一冷轧钢；
18、s6、将s51中的第一冷轧钢在1000℃热处理3分钟，并空冷至室温，得到轻型钢。
19、s52、将s4中酸洗后的实验钢冷轧轧制1～1.5mm厚，得到第二冷轧钢；
20、s7、将s52中的第二冷轧钢进行热处理，首先在950℃全奥氏体化热处理0.8～5分钟，随后在600～630℃两相区温度范围内保温1～4h，并空冷至室温，得到轻型钢。
21、在一些实施例中，前述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板的制备方法，其中在s2、s51和s7中的钢材奥氏体的体积分数为65～80％。
22、通过上述技术方案，本专利技术的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板中al含量低于4wt.％，同时生产方式使用了传统的具有成本效益的钢制造路线，并且此种轻型钢是热轧非均相微观结构，其特征是完全等轴奥氏体基体嵌入了细长的δ铁素体带和微米级的tib2颗粒。在物理性质上此种轻型钢为新型低密度钢实现了6.88g/cm3的低密度，同时保持了225gpa的高杨氏模量，从而产生了高比模量。在机械方面，与传统的fe-tib2钢相比，这种新钢的屈服强度提高了近100％，同时保持了良好的延展性，满足了轻量化钢铁材料发展需求。
23、同时，本专利技术通过优化成分，ti含量从5wt.％降低至3.5wt.％，或加入一定含量的cr，本专利技术的轻型钢中原位自生成两种含b陶瓷增强相(tib2+m2b)，凝固过程中两相通过竞争配分b元素，实现了陶瓷增强相颗粒的细化，且在加工时钢液凝固过程中m2b有效抑制了低密度tib2漂浮而产生团聚现象。使其此种轻型钢的比模量和5ti wt.％高模量低密度钢保持一致的情况下，力学性能大幅提升。
24、因此此种轻型钢在满足具备充足陶瓷含量的同时还能维持高塑性，具有更高的比模量，可满足不同使用场景的需要。
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1.一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于：该轻型钢的成分按重量含量分别为：Mn：10.0～16.0％，A1：1.5～4.0％，Cr：0.0～3.0％，Ti：1.8～5.0％，B：1.0～2.1％，Nb：0.0-0.2％，余量为Fe及杂质；
2.根据权利要求1所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述轻型钢的杨氏模量为220～250GPa，密度为6.88～7.45g/cm3，屈服强度为300～700MPa，抗拉强度为600～865MPa，总延伸率为10～32％。
3.根据权利要求1所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述轻型钢原位生成增强相为TiB2颗粒和/或M2B颗粒，且所述原位生成增强相的体积分数为3.3-17％。
4.根据权利要求1所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述原位生成增强相为TiB2颗粒，所述TiB2颗粒的体积分数为1.2～13％；或者
5.根据权利要求3所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述原位生成增强相为TiB2颗粒时，且所述轻型钢的化学组成
6.根据权利要求3所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述原位生成增强相为TiB2和M2B颗粒时，所述高模量轻质钢组成按照重量百分含量为：Mn：15.0～16.0％，A1：1.5～3.7％，Cr：0.0～3％，Ti：1.8～3.5％，B：1.0～2.1％，Nb：0.0-0.2％，余量为Fe和一些不可避免的杂质元素。
7.一种权利要求1-6任一所述轻型钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在S2、S51和S7中钢材奥氏体的体积分数为65～80％。
...【技术特征摘要】
1.一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于：该轻型钢的成分按重量含量分别为：mn：10.0～16.0％，a1：1.5～4.0％，cr：0.0～3.0％，ti：1.8～5.0％，b：1.0～2.1％，nb：0.0-0.2％，余量为fe及杂质；
2.根据权利要求1所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述轻型钢的杨氏模量为220～250gpa，密度为6.88～7.45g/cm3，屈服强度为300～700mpa，抗拉强度为600～865mpa，总延伸率为10～32％。
3.根据权利要求1所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述轻型钢原位生成增强相为tib2颗粒和/或m2b颗粒，且所述原位生成增强相的体积分数为3.3-17％。
4.根据权利要求1所述的一种无碳高模量低密度轻型结构钢板，其特征在于，所述原位生成增强相为tib2颗粒，所述tib2颗粒的体积分数为1.2～...
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