一种高强塑积的低密度高锰钢制造技术

本发明专利技术的一种高强塑积的低密度高锰钢，属于低密度钢领域。本发明专利技术的低密度钢中Mn和Al的质量百分比之和>28％，制备步骤制得：冶炼，按照上述合金成分体系进行冶炼；铸造；热轧，将铸坯加热到1150～1250℃并保温，随后进行至少两次热轧；固溶处理，将铸坯在温度1000～1100℃下保温，进行淬火处理；冷轧，将得到的低密度钢进行至少两次冷轧；退火处理后冷却，得到低密度钢。本发明专利技术通过向钢中添加一定量的Al元素，并对合金成分与加工工艺进行调控，得到Fe‑Mn‑Al‑C系低密度钢，该低密度钢的形貌为奥氏体+铁素体+κ碳化物的多相组织，使得低密度钢具有较高强度和良好塑性。

A low density high manganese steel with high strength plastic

【技术实现步骤摘要】
一种高强塑积的低密度高锰钢
本专利技术属于低密度钢领域，更具体地说，涉及一种高强塑积的低密度高锰钢。
技术介绍
随着资源、能源和环境问题的日益严峻，人们环保意识的抬头和可持续发展战略的客观要求，汽车轻量化已经成为未来的发展趋势。为实现汽车轻量化可采取的途径主要有两种：一是选择轻质材料，比如低密度铝及铝合金、镁及镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等，主要以铝合金为主；二是使用高强度钢板代替普通钢板，通过降低钢板厚度以实现轻量化，主要包括马氏体钢、CP钢、TRIP钢、TWIP钢、DP钢等。在此基础上，诞生了开发高强度低密度钢的研究思潮，即开发集低密度和高强度于一身的钢板。目前，已有技术通过向铁素体钢当中添加高含量的C和Mn元素，获取高强度高塑性的低密度钢。但是，这种技术由于铸坯内部合金元素的偏析严重，轧制过程中会出现裂纹，使得低密度钢的性能变差。经检索，专利技术创造的名称为：一种汽车用高锰钢及其制造方法(申请号：201310551550.8，申请日：2013.11.08)，该钢的化学成分重量百分比如下：C：0.55～0.64％，Si：0～0.01％，Mn：23.5～24.4％，P：0～0.015％，Nb：0.45～0.54％，Als：0.02～0.06％，S：0～0.01％，N：0～0.003％，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢的制造方法中，加热连铸坯的温度控制为1220～1280℃；粗轧的温度控制为1050～1100℃；精轧控制终轧温度为910～950℃；卷取在680～720℃进行；控冷控制连续退火温度为800～850℃。该申请案通过优化钢的成分设计和控制生产工艺，得到了高强度的Fe-Mn-C-Nb系TWIP钢，但是该申请案制得的高锰钢由于Al含量过低，不能很好的抑制应变诱导的ε-马氏体的形成，无法降低形变孪晶的出现倾向，所得的钢材强塑积不高。此外，专利技术创造的名称为：一种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板的制备方法(申请号：201510107144.1，申请日：2015.06.03)，该申请案的汽车用钢板的化学成分为：C、0.65％～0.75％，Mn、14.0％～19.0％，Al、7.0％～10.5％，P<0.003％、S<0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。制备工艺步骤包括：冶炼；锻造；钢坯加热到1150～1180℃保温2h后进行多道次热轧变形，开轧温度1050～1100℃，终轧温度850～900℃，累计变形量在80％～90％，卷取温度200～300℃；热轧后钢板进一步固溶处理，950～1050℃保温0.5～1h后水淬处理；接着冷轧变形，累积压缩量为60～80％；之后退火处理，在1000℃保温10～15min后水淬；试验用钢为奥氏体+铁素体双相组织，最终获得具有低密度、高强韧的冷轧双相汽车用钢板。但是其强塑积只有40GPa·％，无法满足市场未来的需求。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术中钢材强塑积不高的技术问题，提供一种高强塑积的低密度高锰钢，通过向钢中添加一定量的Al元素，在合金成分与成型工艺调控的基础上，得到具备低密度、高强度和良好塑性的新型汽车用低密度钢，在减轻钢材的重量同时，使得钢材具有较高强度和良好的塑性。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种高强塑积的低密度高锰钢，所述低密度钢中的Mn和Al的质量百分比之和>28％。优选的，所述低密度钢中Mn的质量百分比为19.40～20％，所述Mn与Al质量之比为1.8～2.0。优选的，所述低密度钢的化学成分质量百分比为：Mn：19.40～20％；Al：9.82～10％；C：0.98～1％；P≤0.003％；S≤0.003％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。优选的，所述低密度钢的组织构成为：铁素体+奥氏体+κ-碳化物的三相组织。优选的，所述的低密度钢由如下步骤制得：(1)冶炼，将金属原料加入冶炼炉进行冶炼，得到钢液；(2)铸造，将步骤(1)得到的钢液注入模具中，得到低密度钢的铸坯；(3)热轧，将步骤(2)得到的低密度钢的铸坯加热到1150～1250℃并保温，随后进行至少两次热轧；(4)固溶处理，将步骤(3)得到的低密度钢在温度1000～1100℃下保温，之后进行淬火处理；(5)冷轧，将步骤(4)得到的低密度钢进行至少两次冷轧，冷轧的累计变形量为67％；(6)退火处理，退火完成后冷却至室温，得到低密度钢。优选的，所述步骤(1)中的冶炼方法为：将工业纯铝、纯铁和Fe-Mn加入冶炼炉中进行真空熔炼，在熔炼的过程中加入添加剂，并向冶炼炉中通入氩气进行搅拌，所述添加剂包括稀土、高岭土和生物质。优选的，所述步骤(2)中的铸造方式为模铸，模铸的过程控制钢水的过热度为20～30℃，模具的模温为步骤(1)钢水温度的10％，在模具的底面装铺有保护渣；所述保护渣的添加量为钢水质量的0.26～0.29％，该保护渣包括铝矾土、白云石、高炉渣、水泥熟料和硅灰石；优选的，所述步骤(2)中的冷却方式为二次冷却，第一次冷却采用软水冷却，第二次冷却采用纯水冷却，第二次冷却水流量为第一次冷却水流量的70～80％。优选的，所述步骤(3)中的热轧道次为2～4道次，所述的热轧处理的终轧温度为850～900℃，热轧前对步骤(2)所得的低密度钢进行加热，加热到1150～1250℃，并保温2h。优选的，所述步骤(4)中的固溶处理的温度为1050℃，保温时间1h，水淬过程中的冷却速度>20℃/s3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术的一种高强塑积的低密度高锰钢，通过向钢中添加一定量的Al元素，并通过对合金成分与加工工艺的调控，得到Fe-Mn-Al-C系低密度钢，该低密度钢的形貌为奥氏体+铁素体+κ碳化物的多相组织，使得低密度钢具有较高的强度和良好塑性，且强塑积大于50GPa·％；(2)本专利技术的一种高强塑积的低密度高锰钢，通过在熔炼的过程中加入一定比例的添加剂，添加剂由一定比例的稀土、高岭土和生物质混合而成，既不影响钢的强度，又可以有效的脱除合金成分中的P、S元素，从而减小了低密度钢韧性的各向异性，防止了钢的层状撕裂；并利用添加剂中的Ca、Mg等夹杂物变性元素，可以对钢液中的夹杂物进行变性处理，且添加剂中生物质在熔炼的过程中分解产生的还原性气体对钢液具有较好的搅拌作用，促进了Ca、Mg与夹杂物的结合，提高了Ca、Mg变性处理的效果，且气体搅拌使得钢液中的夹杂物上浮，进而改善了低密度钢的综合性能；(3)本专利技术的一种高强塑积的低密度高锰钢，在铸造的过程中进行电磁搅拌，电磁搅拌能够打断正在生长的柱状晶、末端枝晶，被打断而游离的树枝晶将作为新的形核核心，增多了铸坯结晶的形核核心，并扩大铸坯中心等轴晶区，从而显著提高了凝固组织的致密程度；同时，采用在铸造的过程中进行二次冷却，且第二次冷却的冷却水流量小于第一次冷却的冷却水流量，通过降低二次冷却的冷却强度，减少铸坯热流散失的强度，降低了铸坯已有的晶核的长大速度，促进了铸坯晶粒的细化，提高铸坯的等轴晶率；(4)本专利技术的一种高强塑积的低密度高锰钢，在浇注的过程中采用低过热度浇注，使得两相区温度梯度小，减小了定向传热的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强塑积的低密度高锰钢，其特征在于：所述低密度钢中的Mn和Al的质量百分比之和>28％。

【技术特征摘要】
1.一种高强塑积的低密度高锰钢，其特征在于：所述低密度钢中的Mn和Al的质量百分比之和>28％。2.根据权利要求1所述的一种高强塑积的低密度高锰钢，其特征在于：所述低密度钢中Mn的质量百分比为19.40～20％，所述Mn与Al质量之比为1.8～2.0。3.根据权利要求1所述的一种高强塑积的低密度高锰钢，其特征在于：所述低密度钢的化学成分质量百分比为：Mn：19.40～20％；Al：9.82～10％；C：0.98～1％；P≤0.003％；S≤0.003％，其余为Fe及其它不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种高强塑积的低密度高锰钢，其特征在于：所述低密度钢的组织构成为：铁素体+奥氏体+κ-碳化物的三相组织。5.根据权利要求1～4任意一项权利要求所述的一种高强塑积的低密度高锰钢，其特征在于，所述的低密度钢由如下步骤制得：(1)冶炼，将金属原料加入冶炼炉进行冶炼，得到钢液；(2)铸造，将步骤(1)得到的钢液注入模具中，得到低密度钢的铸坯；(3)热轧，将步骤(2)得到的低密度钢的铸坯加热到1150～1250℃并保温，随后进行至少两次热轧；(4)固溶处理，将步骤(3)得到的低密度钢在温度1000～1100℃下保温，之后进行淬火处理；(5)冷轧，将步骤(4)得到的低密度钢进行至少两次冷轧，冷轧的累计变形量为67％；(6)退火处理，退火完成后冷却至室温，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施琦，黄贞益，章小峰，侯清宇，王萍，
申请(专利权)人：安徽工业大学工商学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34