一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度、高强、高比模量钢铁材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比包括：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁。本发明专利技术通过多种合金元素的合理配比，使其晶粒超细化，具备良好的加工性和淬透性，多种元素协同作用，可有效地提高钢材的强度和比模量。

A steel material with low density, high strength and high specific modulus and its preparation method

The invention discloses a low density, high strength and high specific modulus steel material, which contains chemical elements and their mass percentages including C: 0.14-0.16wt%; Al: 5.30-9.70wt%; Si: 0.20-0.60wt%; Ni: 0.10-0.20wt%; Mn: 3.45-4.65wt%; Nb: 0.05-0.15wt%; Mo: 0.35-0.50%; V 0.11 ~ 0.17wt%; N:0.014 ~ 0.020wt%; Ta:0.01 ~ 0.03wt%; the rest is iron. The invention can effectively improve the strength and specific modulus of the steel by reasonable proportion of various alloy elements, making the grain superfine, having good workability and hardenability, and synergistic effect of various elements.

【技术实现步骤摘要】
一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法
本专利技术涉及材料制备，尤其是一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法。
技术介绍
实现汽车轻量化的一个重要途径就是使用高强度钢替代普通钢材，降低钢板厚度从而减轻重量。然而，即使钢铁材料具有很高的强度也不能没有限度的去降低其厚度，而不去考虑汽车结构刚度取决于材料的弹性模量、零件形状和尺寸等的因素。因此，研发具有高比强度、高比刚度的材料是汽车轻量化道路上必须要克服的难题。高强塑性、高模量的低密度钢因其在车辆的碰撞安全以及结构刚度上有更好的表现而倍受青睐。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种低密度、高强、高比模量钢铁材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比包括：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁。本专利技术还提供了上述一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：S1、按质量百分比称取：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁；S2、以称取的各组分为原材料制备合金铸锭；S3、将制备所得的合金铸锭熔融成合金熔体，然后注入铜模中，制备厚度为0.5-5mm的成分均匀且过饱和的合金薄板；S4、将合金薄板置于热处理炉内，在200-800℃下，进行1-20h的后续时效处理后，在合金薄板底面放置激冷材料，冷却至室温，即得。本专利技术具有以下有益效果：通过多种合金元素的合理配比，使其晶粒超细化，具备良好的加工性和淬透性，多种元素协同作用，可有效地提高钢材的强度和比模量；通过对合金薄板的后续时效热处理，从而可以大量析出纳米级尺寸的碳化物，提高了低密度钢的弹性模量；通过钒氮复合微合金化促进形成针状铁素体细化组织和析出强化的作用，提高了钢材的强度和韧性。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：S1、按质量百分比称取：C：0.14wt％；Al：5.30wt％；Si：0.20wt％；Ni：0.10wt％；Mn：3.45wt％；Nb：0.05wt％；Mo：0.35％；V：0.11wt％；N：0.014wt％；Ta：0.01wt％；余量为铁；S2、以称取的各组分为原材料制备合金铸锭；S3、将制备所得的合金铸锭熔融成合金熔体，然后注入铜模中，制备厚度为0.5-5mm的成分均匀且过饱和的合金薄板；S4、将合金薄板置于热处理炉内，在200-800℃下，进行1-20h的后续时效处理后，在合金薄板底面放置激冷材料，冷却至室温，即得。实施例2一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：S1、按质量百分比称取：C：0.16wt％；Al：9.70wt％；Si：0.60wt％；Ni：0.20wt％；Mn：4.65wt％；Nb：0.15wt％；Mo：0.50％；V：0.17wt％；N：0.020wt％；Ta：0.03wt％；余量为铁；S2、以称取的各组分为原材料制备合金铸锭；S3、将制备所得的合金铸锭熔融成合金熔体，然后注入铜模中，制备厚度为0.5-5mm的成分均匀且过饱和的合金薄板；S4、将合金薄板置于热处理炉内，在200-800℃下，进行1-20h的后续时效处理后，在合金薄板底面放置激冷材料，冷却至室温，即得。实施例3一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：S1、按质量百分比称取：C：0.15wt％；Al：7.50wt％；Si：0.40wt％；Ni：0.15wt％；Mn：4.00wt％；Nb：0.10wt％；Mo：0.425％；V：0.14wt％；N：0.017wt％；Ta：0.02wt％；余量为铁；S2、以称取的各组分为原材料制备合金铸锭；S3、将制备所得的合金铸锭熔融成合金熔体，然后注入铜模中，制备厚度为0.5-5mm的成分均匀且过饱和的合金薄板；S4、将合金薄板置于热处理炉内，在200-800℃下，进行1-20h的后续时效处理后，在合金薄板底面放置激冷材料，冷却至室温，即得。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低密度、高强、高比模量钢铁材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比包括：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁。

【技术特征摘要】
1.一种低密度、高强、高比模量钢铁材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比包括：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁。2.一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、按质量百分比称取：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊琛，盛捷，刘德学，冯力，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62