一种低密度轻质钢的制备方法技术

一种低密度轻质钢的制备方法，其化学成分以质量百分计为：C 0.3％‑0.4％、Mn8.5％‑10％、Al 4％‑5％、P+S+N≤0.009％、其余为Fe和不可避免的杂质，该钢密度为7.35g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种低密度轻质钢的制备方法
本专利技术属于汽车用高强钢
，特别涉及一种低密度轻质钢的制备方法。
技术介绍
近年来，人们采取各种措施应对汽车行业节能降耗、安全环保的要求。汽车轻量化便是可实现的措施之一。汽车质量每降低10％，可节省燃油3-7％。燃油消耗每减少1升，可降低大约2.45kg的二氧化碳排放。实现汽车轻量化主要有以下两种途径：一是采用轻质材料，如使用低密度的铝及铝合金、镁及镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等；二是使用高强度钢替代普通钢材，降低钢板厚度规格。铝合金具有很好的减重潜力，但成本高、成型工艺复杂、焊接性能差、碰撞吸收能低及铝元素自身特性等诸因素限制了其研发与市场推广。为此，实现汽车轻量化便集中于汽车用高强钢的研发。本专利技术从钢的物理性能着手，通过提高C、Mn、Al的含量降低钢的密度，减轻钢本身的质量，同时采用成分优化与制备工艺控制优化，在不牺牲汽车结构件强度的前提下实现了钢的轻量化，具有一定的工业实现性和实际应用价值。
技术实现思路
为了解决高强钢轻量化问题，本专利技术提出了一种低密度轻质钢的制备方法。本专利技术化学成分简单，通过提高C、Mn、Al的含量降低钢的密度，减轻钢本身的质量，同时采用成分优化与制备工艺控制优化，实现了低密度、最佳强度塑性匹配、高强塑积的目标，具有一定的工业实现性和实际应用价值。本专利技术提供了一种低密度轻质钢的制备方法，其化学成分以质量百分计为：C0.3％-0.4％、Mn8.5％-10％、Al4％-5％、P+S+N≤0.009％、其余为Fe和不可避免的杂质，密度为7.35g/cm3～7.5g/cm3。本专利技术提供的一种低密度轻质钢的制备方法，其制备过程包括如下步骤：(1)真空冶炼炉冶炼，浇铸得到满足权利要求1所述成分的钢锭；将钢锭加热至1150-1200℃，保温1-2h后进行锻造，开锻温度1000-1100℃，终锻温度950-1000℃，得到锻坯；(2)将锻坯扒皮处理，去掉表面氧化铁皮后，放入加热炉中加热，加热时采用氮气保护，加热至1150℃时保温1-2h，然后开始进行两道次粗轧，粗轧后在1100℃的氮气保护炉中保温10-30min，得到粗轧钢带；(3)粗轧钢带进行热轧，终轧后立刻进行水冷，水冷结束后将钢带放入保温炉中模拟卷取，得到2.8-3.2mm的热轧钢带；(4)将热轧钢带加热进固溶等温处理，然后进行快速水冷，得到成品钢带。进一步的，所述步骤(3)的热轧开轧温度为1000-1150℃，5道次轧制，每道次压下量在35％-45％之间，终轧温度为900-980℃，终轧后立刻以≥50℃/s的冷却速率水冷至400-500℃，然后将其放入400-500℃的保温炉中保温0.5-2h卷取，取出空冷后得到2.8-3.2mm的热轧钢带。进一步的所述步骤(4)的钢带固溶处理温度为700-800℃，时间为0.5-2.5h，固溶后以≥100℃/s的冷却速率快速水冷至室温，得到成品钢带。优选地，所述步骤(3)的热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为950℃；保温炉卷取时温度为450℃，保温时间1h。优选地，所述步骤(4)的钢带固溶处理温度为750℃，时间为1-2h。本专利技术的化学成分设计简单，考虑各元素含量的同时，对其主要元素进行了优化设计，限定了密度满足7.39g/cm3≤8.10–0.101(％Al)–0.41(％C)–0.0085(％Mn)≤7.45g/cm3的要求，优选工艺成分得出的最优力学性能为屈服强度564.2-585.8MPa，抗拉强度752.2-786.2MPa，延伸率43.5-45.4％，强塑积33.5-35.2GPa·％。附图说明图1a、图1b和图1c分别为实施例1、实施例2、实施例3的1000倍成品显微组织照片；图2a、图2b和图2c分别为对比例3、b对比例4、c对比例5的500倍成品显微组织照片。具体实施方式为了深入了解本专利技术，下面结合附图、具体实施例、以及对比例对本专利技术进行了详细说明。实施例1实施例1的化学成分以质量百分计如表1所示。真空冶炼炉冶炼，浇铸得到钢锭；将钢锭加热至1180℃，保温1.5h后进行锻造，开锻温度1080℃，终锻温度980℃，得到锻坯；锻坯扒皮处理，去掉表面氧化铁皮后，放入加热炉中加热，加热时采用氮气保护，加热至1150℃时保温1.5h后开始进行两道次粗轧，粗轧后在1100℃的氮气保护炉中保温20min，得到粗轧钢带；粗轧钢带进行热轧，开轧温度1100℃，5道次轧制，每道次压下量在35％-45％之间，终轧温度为950℃，终轧后立刻以≥50℃/s的冷却速率水冷至450℃，然后将其放入450℃的保温炉中保温1h卷取，取出空冷后得到2.8-3.2mm的热轧钢带。将热轧钢带进行固溶处理，温度为750℃，时间为1h，固溶后以≥100℃/s的冷却速率快速水冷至室温，得到成品钢带。成品性能如表2所示。成品显微组织见附图1。实施例2实施例2化学成分以质量百分计如表1所示，采用与实施例1基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，实施例2的固溶处理温度为750℃，时间为1.5h。成品性能如表2所示。成品显微组织见附图1。实施例3实施例3化学成分以质量百分计如表1所示，采用与实施例1基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，实施例3的固溶处理温度为750℃，时间为2h。成品性能如表2所示。成品组织显微见附图1。对比例1对比例1的化学成分同实施例1，采用与实施例1基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，对比例1的固溶处理温度为750℃，时间为0.5h。成品性能如表2所示。对比例2对比例2的化学成分同实施例1，采用与实施例1基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，对比例2的固溶处理温度为600℃，时间为1h。成品性能如表2所示。对比例3对比例3的化学成分同实施例2，采用与实施例2基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，对比例3的固溶处理温度为800℃，时间为1h。成品性能如表2所示。成品显微组织见附图2。对比例4对比例4的化学成分同实施例3，采用与实施例3基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，对比例3的固溶处理温度为900℃，时间为1h。成品性能如表2所示。成品显微组织见附图2。对比例4对比例5的化学成分同实施例3，采用与实施例3基本相同的制备步骤，唯一不同之处在于，对比例3的固溶处理温度为1000℃，时间为1h。成品性能如表2所示。成品显微组织见附图2。表1、本专利技术实施例和对比例的化学成分表2、本专利技术实施例及对比例的成品性能从实施例和对比例以及得到的相应结果可以看到，采用本专利技术成分和工艺可以得到强度高、延伸率好、强塑积高、密度低的高强轻质钢。从表2的成品性能可以看出，在固溶温度750℃进行1-2h的等温固溶处理，成品可以达到最优的力学性能。对比例1虽然强塑积也达到30GPa·％，但其延伸率低于40％，整体性能略逊于实施例1-3。其他对比例性能随着固溶温度的升高逐渐变差，抗拉强度升高明显，但延伸率、强塑积、残留奥氏体百分数均直线下降。最后所应说明的是，以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并非用于限制本专利技术，凡在本专利技术技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低密度轻质钢的制备方法，其化学成分以质量百分计为：C 0.3％‑0.4％、Mn 8.5％‑10％、Al 4％‑5％、P+S+N≤0.009％、其余为Fe和不可避免的杂质，该钢密度为7.35g/cm

【技术特征摘要】
1.一种低密度轻质钢的制备方法，其化学成分以质量百分计为：C0.3％-0.4％、Mn8.5％-10％、Al4％-5％、P+S+N≤0.009％、其余为Fe和不可避免的杂质，该钢密度为7.35g/cm3～7.5g/cm3；制备过程包括如下步骤：(1)真空冶炼炉冶炼，浇铸得到满足所述成分的钢锭；将钢锭加热至1150-1200℃，保温1-2h后进行锻造，开锻温度1000-1100℃，终锻温度950-1000℃，得到锻坯；(2)将锻坯扒皮处理，去掉表面氧化铁皮后，放入加热炉中加热，加热时采用氮气保护，加热至1150℃时保温1-2h，然后开始进行两道次粗轧，粗轧后在1100℃的氮气保护炉中保温10-30min，得到粗轧钢带；(3)粗轧钢带进行热轧，终轧后立刻进行水冷，水冷结束后将钢带放入保温炉中模拟卷取，得到2.8-3.2mm的热轧钢带；(4)将热轧钢带加热进固溶等温处理，然后进行快速水冷，得到成品钢带。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵征志，梁驹华，袁洪涛，汪烈承，何青，李震，唐荻，武会宾，崔衡，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11