一种含铝高强低密度钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于合金材料技术领域，特别涉及一种含铝高强低密度钢及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的含铝高强低密度钢包括以下质量百分含量的组分：C 0.5～1.8％，Al 8～11％，Si 0.2～0.5％，Mn 25～33％，Cr 0.3～0.9％，V 0.1～0.9％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。本发明专利技术还提供了所述含铝高强低密度钢的制备方法法，由实施例结果表明，按照本发明专利技术提供的制备方法获得的含铝高强低密度钢的密度较GCr15钢的密度降低12.96～19.01％，屈服强度提高83.29～144.27％，抗拉强度提高18.47～62.71％。

Aluminum containing high strength low density steel and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种含铝高强低密度钢及其制备方法和应用
本专利技术属于合金材料
，特别涉及一种含铝高强低密度钢及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业的不断发展，生态环境也随之恶化，以汽车行业为例，随着汽车行业的不断壮大，汽车尾气成为不容忽视的污染源。为了减少汽车尾气的排放，降低对环境的污染，一方面将传统的汽油动力源方式替换为电动方式；另一方面在保持汽车整体结构不变的前提下通过减小汽车材料的密度，以减小汽车自重从而实现节能减排。但是为了保证汽车的碰撞安全性，在减小汽车材料密度的同时还需要保证汽车材料的强度。如何获得兼具低密度和高强度合金钢材料是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含铝高强低密度钢及其制备方法和应用，本专利技术提供的含铝高强低密度钢具有较低的密度，较高的强度，且制备方法简单，能够用于汽车制造行业达到减重的目的。本专利技术提供了一种含铝高强低密度钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C0.5～1.8％，Al8～11％，Si0.2～0.5％，Mn25～33％，Cr0.3～0.9％，V0.1～0.9％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。优选的，包括：C0.9～1.4％，Al9～10％，Si0.3～0.4％，Mn27～30％，Cr0.6～0.8％，V0.4～0.7％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。本专利技术还提供了上述技术方案所述含铝高强低密度钢的制备方法，包括以下步骤：1)将含铝高强低密度钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭；2)将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；3)将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；4)将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；5)将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；6)将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到含铝高强低密度钢。优选的，所述热锻处理的温度为1050～1100℃，时间为20～30min。优选的，所述热轧处理的温度为1000～1120℃，所述热轧处理为多道次轧制变形，所述热轧处理的总变形量为60～65％。优选的，所述固溶处理的温度为1000～1100℃，时间为120～180min。优选的，所述冷轧处理为多道次轧制变形，所述冷轧处理的总变形量为48～60％。优选的，所述时效处理的温度为350～450℃，时间为6～12h。优选的，所述水韧处理的温度为1050～1100℃，时间为25～30min。本专利技术还提供了上述技术方案所述的含铝高强低密度钢或上述技术方案所述制备方法获得的含铝高强低密度钢在制备汽车中的应用。本专利技术提供了一种含铝高强低密度钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C0.5～1.8％，Al8～11％，Si0.2～0.5％，Mn25～33％，Cr0.3～0.9％，V0.1～0.9％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。铝具有较低的密度，本专利技术在合金钢中添加大量Al元素降低了合金钢的密度，每添加1％的Al，材料密度下降0.101g/cm3；Mn是一种奥氏体稳定元素，Mn元素的添加会得到稳定的奥氏体组织，从而保证合金钢的塑性；C元素作为奥氏体稳定元素，同样会起到稳定奥氏体组织的作用，提高合金钢的塑性；此外每添加1％的C元素，材料密度下降0.41g/cm3；本专利技术在特定含量Al、Mn和C的共同作用下降低了合金钢的密度，同时避免了合金钢塑性的降低。本专利技术在合金钢中添加钒元素，会明显的减小晶粒尺寸进而提高合金钢的力学性能，因为钒与碳有极强的亲合力，形成的碳化物分布在晶粒表面，在晶界处起到钉扎作用，阻止晶粒的长大，从而达到细化合金钢晶粒的作用进而提高合金钢的强度。综上所述，本专利技术提供的合金钢材料既降低了密度又提高了强度。由实施例结果表明，本专利技术提供的含铝高强低密度钢较GCr15钢的密度降低12.96～19.01％，屈服强度提高83.29～144.27％，抗拉强度提高18.47～62.71％。本专利技术还提供了上述方案所述含铝高强低密度钢的制备方法，包括以下步骤：将含铝高强低密度钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭；将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到含铝高强低密度钢。在本专利技术中，冷轧处理在合金钢晶粒内部形成大量位错缠结，提高了合金钢的抗拉强度；本专利技术的制备方法步骤简单，容易操作。附图说明图1为拉伸试样的尺寸示意图，其中尺寸的单位为mm；图2为本专利技术实施例1～4获得的含铝高强低密度钢的金相光学显微图；其中a为实施例1获得的含铝高强低密度钢的金相光学显微图，b为实施例2获得的含铝高强低密度钢的金相光学显微图，c为实施例3获得的含铝高强低密度钢的金相光学显微图，d为实施例4获得的含铝高强低密度钢的金相光学显微图；图3为对比材料GCr15钢的金相光学显微图。具体实施方式本专利技术提供了一种含铝高强低密度钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C0.5～1.8％，Al8～11％，Si0.2～0.5％，Mn25～33％，Cr0.3～0.9％，V0.1～0.9％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括C0.5～1.8％，优选为0.9～1.4％。在本专利技术中C起到稳定奥氏体组织的作用，能够提高合金钢的塑性，同时碳与Fe形成固溶体，碳固溶在晶格内部，晶格常数变大，合金钢的质量不变，从而减小合金钢的密度，每添加1％的C元素，材料密度下降0.41g/cm3。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括Al8～11％，优选为9～10％。本专利技术在合金钢中添加大量Al元素，降低了合金钢的密度，每添加1％的Al，材料密度下降0.101g/cm3。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括Si0.2～0.5％，优选为0.3～0.4％。在本专利技术中，所述Si在钢材中发生置换固溶强化，引起铁的球面对称畸变，与刃型位错产生弹性交互作用而阻止位错运动，能显著提高钢的抗拉强度。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括Mn25～33％，优选为27～30％。本专利技术在合金钢中添加Mn促进得到奥氏体组织，优化显微组织，从而提高钢的塑性。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括Cr0.3～0.9％，优选为0.6～0.8％。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括V0.1～0.9％，优选为0.4～0.7％。本专利技术添加的V元素会与合金钢中的碳有极强的亲合力，形成碳化钒分布在晶粒表面，在晶界处起到钉扎的作用阻止晶粒的长大，从而实现晶粒细化，提高合金钢的力学性能。本专利技术提供的含铝高强低密度钢，按质量百分含量计，包括余量的Fe和不可避免的杂质元素。在本专利技术中，所述杂质包括S和P，所述S的含量优选不大于0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含铝高强低密度钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C 0.5～1.8％，Al 8～11％，Si 0.2～0.5％，Mn 25～33％，Cr 0.3～0.9％，V 0.1～0.9％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种含铝高强低密度钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C0.5～1.8％，Al8～11％，Si0.2～0.5％，Mn25～33％，Cr0.3～0.9％，V0.1～0.9％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。


2.根据权利要求1所述含铝高强低密度钢，其特征在于，包括：C0.9～1.4％，Al9～10％，Si0.3～0.4％，Mn27～30％，Cr0.6～0.8％，V0.4～0.7％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。


3.权利要求1或2所述含铝高强低密度钢的制备方法，包括以下步骤：
1)将含铝高强低密度钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭；
2)将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；
3)将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；
4)将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；
5)将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；
6)将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到含铝高强低密度钢。


4.根据权利要求3所述含铝高强低密度钢的制备方法，其特征在于，所述热锻处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，王飞，姬朋飞，李波，张国峰，张新宇，马明臻，景勤，张春祥，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13