1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法技术

一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法，成分按质量百分比含C 0.7～1％，Mn 13～20％，Al 8～11％，Ni 1～4％，Si

1200MPa grade high strength and high plasticity low density steel plate and its manufacturing method

A 1200MPa grade high strength, high plasticity and low density steel plate and its manufacturing method are described. The composition of the plate consists of C 0.7-1%, Mn 13-20%, Al 8-11%, Ni 1-4%, Si by mass percentage.

【技术实现步骤摘要】
1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法
本专利技术属于先进高强钢生产
，具体涉及一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法。
技术介绍
近年来，随着我国经济和工业的快速发展，资源匮乏和环境约束等问题日趋明显；先进高强钢是近年来出现的新型钢材，其可在获得高强度的同时保证良好的塑性和成形性，广泛应用于汽车、桥梁工程、输电塔、海洋平台、油气输送管道和船舶制造等行业；提高先进高强钢的强度、塑性等力学性能不仅可以有效减少工业产品的自重，而且能够提高其安全性，从而减少燃料的消耗和废气的排放以达到节能减排的目的。与传统的普通高强度钢相比，先进高强钢最大的优势在于在保证力学性能的同时减轻板材构件的厚度和重量，还具有良好的成形性、防撞凹性、抗疲劳性能、较高的加工硬化率等优点，在各行业中均显示出良好的应用前景；先进高强钢具有优异的综合力学性能，是由于其具有独特的多相组织，通过对组织的调控，可以获得硬质基体和奥氏体相等多相复合的组织结构，从而保证良好的强度和塑性；此外，除普通高强钢所具有的固溶、析出、细晶等强化方式外，先进高强钢还可以通过奥氏体在受外应力而变形过程中发生TRIP或TWIP效应来提高钢材的强韧性；其中，Fe-Al-Mn-C系高强钢根据化学成分的变化，其室温显微组织可能为单相奥氏体或奥氏体和铁素体双相，且纳米级(Fe,Mn)3AlC型κ-碳化物在其间弥散分布，主要是利用奥氏体的TWIP效应和多相协调变形来达到提高强度和塑性的目的，但是含有κ-碳化物的Fe-Al-Mn-C钢应变强化速率较低，容易受到位错滑移产生的切应力的影响。迄今为止，在对Fe-Al-Mn-C系高强钢的研究中，在合金成分设计上采用的理念一直是通过使“韧性”奥氏体晶体结构保持稳定并抑制金属间化合物脆性相的生成，从而得到良好塑性的钢板；这是由于一旦在钢材中形成一定量的金属间化合物脆性相，虽然会在一定程度上提高其强度，但是同时也会大大降低其塑性。从青铜时代起，人们就一直在寻求合金材料“轻量、强度、韧性”这三大性能指标的平衡。不过，强度和韧性却始终是相互排斥的，很难达在获得高强度的同时仍然保证良好的塑性；因此亟需一种具有高强度的同时又能够保证高塑性的低密度钢板。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板及其制造方法，通过加入Ni元素，并配合制造过程中的冷轧和退火来获得大量且弥散的NiAl相，最终在提高钢板抗拉强度的同时提高延伸率。本专利技术的1200MPa级高强度高塑性低密度钢板的成分按质量百分比含C0.7～1％，Mn13～20％，Al8～11％，Ni1～4％，Si<0.1％，S<0.01％，P<0.01％，Ti0～0.1％，Nb0～0.1％，V0～0.15％，余量为Fe和不可避免杂质，其抗拉强度为1200～1300MPa，延伸率为30～40％，密度为6.5～7g/cm3。上述的1200MPa级高强度高塑性低密度钢板的组织为奥氏体基体和NiAl第二相构成的双相组织。上述的1200MPa级高强度高塑性低密度钢板的厚度为0.5～1.5mm。本专利技术的1200MPa级高强度高塑性低密度钢板的制造方法按照以下步骤进行：1、冶炼浇铸：在真空感应炉中按上述设定成分冶炼钢水，浇铸完成后得到铸锭；2、热轧：将铸锭加热至1100～1200℃并保温1～2h，随后经过8～11道次热轧，开轧温度和终轧温度分别为1050～1170℃和800～900℃，热轧结束后水冷至室温，得到3～5mm厚的热轧板；3、固溶处理：将热轧板加热至900～1100℃并保温0.5～2h，随后水冷至室温，得到固溶处理板；4、冷轧：将固溶处理板酸洗后冷轧至厚度0.5～1.5mm，获得冷轧板；5、退火：将冷轧板加热至800～1000℃并保温1～15min，随后空冷至室温，得到1200MPa高强度高塑性低密度钢板。上述方法中，步骤2的热轧总压下率为95～98％。上述方法中，步骤4的冷轧总压下率为70～82％。上述方法中，步骤5空冷时的平均冷却速度20～28℃/s。本专利技术的主要原理是：通过添加含量为1～4％的镍元素，利用镍元素的催化作用，在冷轧板的退火过程中，脆性金属间化合物B2有序相(即NiAl相)在钢中的奥氏体上析出，进而充分利用可以诱导晶粒析出的有效成核位点来控制NiAl相在基体中分布，从而使得钢板在获得高强度的同时仍能够保证良好的塑性。本专利技术中钢板成分设计依据如下：C：能够起到稳定奥氏体基体、固溶强化提高强度等作用；但是C容易与Al、Mn形成κ-碳化物，为脆性相，不利于获得高塑性。且C含量过高会使钢材的焊接性能显著下降，冷脆性和时效敏感性增大；因此C含量为0.7～1％；Al：除形成κ-碳化物脆性相外，还会与Ni形成脆性金属间化合物B2相(NiAl)；因此，需要对Al的含量进行严格控制，在形成脆性金属间化合物B2相(NiAl)的同时不会数量过多、尺寸过于粗大。此外，Al含量过高会使钢的热加工性能变差，导致热轧过程中钢板开裂；因此Al含量为8～11％；Mn：能与Fe无限固溶，提高钢材的强度。稳定奥氏体基体，保证良好的塑性；保证层错能处于18～35mJ/m2，变形机制为TWIP效应，从而保证良好的塑性；因此Mn含量为13～20％；Ni：首先，Ni为奥氏体形成元素，能够起到稳定奥氏体基体的作用；此外，与Al结合形成脆性金属间化合物B2相(NiAl)，提高强度；但是含量过高会导致NiAl相数量过多，尺寸过于粗大，严重恶化塑性；因此Ni含量为1～4％；Ti：首先，一部分Ti能够起到脱氧剂的作用；其次，与C有极强的亲和力，是强碳化物形成元素，在钢材中碳化钛可以起到细化强化、析出强化等作用，能够提高钢材的强度；但是若含量过高，能够显著降低C在奥氏体中的扩散速度，降低奥氏体中的C含量，导致基体稳定性下降，降低塑性；因此Ti含量≤0.1％；Nb：Nb能够形成碳氮化物能够细化晶粒，同时固溶铌可以提高未再结晶区温度，易于通过控制轧制实现奥氏体的扁平化；高于0.10％时作用增加不明显，达到饱和；因此Nb含量应控制在0.10％以内；V：以细小的碳氮化物形成存在时，能够细化晶粒；以固溶形式存在时，能够提高强度。适量加入可以改善性能，高于0.15％时易形成大颗粒碳氮化物，反而使韧塑性下降；另外，V还具有析出强化作用，可进一步提高钢的强度；因此V含量应控制在0.15％以内。本专利技术制造方法中在热轧过程中的保温温度、时间和开、终轧温度的控制是为了保证铸锭组织完全均匀化，同时轧后获得尺寸细小的微观组织；热轧后水冷是为了避免κ-碳化物脆性相的形成；固溶处理是为了使晶粒适当粗化，各元素溶入基体中，从而使热轧板硬度降低，能够保证冷轧顺利进行而不发生开裂；冷轧过程中最终厚度的控制是为了保证足够大的变形量而充分破碎晶粒、细化组织，同时在奥氏体内获得足够多的剪切带和变形带，并使其尽量弥散分布，从而为后续的NiAl相析出提供足够的形核位点；退火是为了为脆性金属间化合物B2相(NiAl)的形核和长大提供足够的驱动力，最终在室温获得一定量且均匀细小、弥散分布的NiAl第二相，从而提高钢板的强度；若退火温度低于800℃则会形成大量κ-碳化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板，其特征在于成分按质量百分比含C 0.7～1％，Mn 13～20％，Al 8～11％，Ni 1～4％，Si

【技术特征摘要】
1.一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板，其特征在于成分按质量百分比含C0.7～1％，Mn13～20％，Al8～11％，Ni1～4％，Si<0.1％，S<0.01％，P<0.01％，Ti0～0.1％，Nb0～0.1％，V0～0.15％，余量为Fe和不可避免杂质，其抗拉强度为1200～1300MPa，延伸率为30～40％，密度为6.5～7g/cm3。2.根据权利要求1所述的一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板，其特征在于其组织为奥氏体基体和NiAl第二相构成的双相组织。3.根据权利要求1所述的一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板，其特征在于其厚度为0.5～1.5mm。4.一种权利要求1所述的1200MPa级高强度高塑性低密度钢板的制造方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)冶炼浇铸：在真空感应炉中按上述成分冶炼钢水，浇铸完成后得到铸锭；(2)热轧：将铸锭加热至1100～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，张宝光，王超，杜盼盼，张晓明，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21