一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法技术

本发明专利技术公开一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法，属于金属材料及冶金的技术领域。所述多相复合高强高韧低密度钢化学成分按质量百分比计为：1.05

【技术实现步骤摘要】
一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料及冶金的
，涉及一种多相复合高强高韧低密 度钢及制备方法。

技术介绍

[0002]通常高强度低密度钢的设计方案是通过合理的Mn、Al、C合金元素配比， 随后进行固溶或时效处理得到奥氏体基体和弥散分布的纳米级κ碳化物。然 而，κ碳化物对低密度钢的性能影响很大，虽然可以增加强度，但是同时也会 增大材料的脆性。
[0003]目前，虽然有通过添加合金元素和调解制备方法来得到低密度钢，但是所 得的低密度钢不仅密度较高，而且延伸率较低，相结构多为析出强化相，不能 很好的匹配，故而现有制备的高强度低密度钢的塑韧性较差，组织结构中的相 结构搭配不合理。
[0004]例如：中国专利CN 106244927 A公开了一种低密度超高强度钢，通过复 合添加Nb和Mo析出细小弥散的NbMoC相，协同κ
‑
碳化物进行析出强化， 拉伸强度达1350MPa以上，延伸率达10％以上，密度为6.8
‑
7.0g/cm3；其中的 组织结构为奥氏体基体、κ
‑
碳化物和NbMoC相，不能大幅度提升延伸率和进 一步降低钢材密度。
[0005]中国专利CN 107841691 A公开了一种750MPa级超高强度Fe
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Mn
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Al
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C系 轻质铸钢，所得的铸钢从其实施例可以看出抗拉强度在756
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768MPa，屈服强 度在713
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731MPa，断后延伸率在15.03
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20.05％，密度在6.84
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6.95g/cm3；其中 合金元素复杂、成本高，虽然经过固溶处理和时效处理，但是组织结构为铸态 组织，密度较高和断后延伸率较低。
[0006]中国专利CN 109628850 A公开了一种多用途全奥氏体低密度钢，，该钢的 密度为7.0
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7.4g/cm3，组织类型为全奥氏体+纳米级VC和MoC析出相，抗拉 强度可达到1300MPa，屈服强度可达到1100MPa，延伸率可达到25％，面缩 率可达到45％，
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40℃V缺口低温冲击韧性可达到35J；虽然抗拉强度和屈服 强度较高，但是低温冲击韧性并不高，且相结构中的钒元素和钼元素成本较高， 铝元素含量较低，不能很好的起到降低成本、密度和提高塑韧性的作用。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是现有奥氏体低密度钢的密度降低幅度不大，微合 金化元素成分选择复杂，成本高；热处理形成的相结构不能很好的协同提高钢 材的强韧性，相成分不好控制。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种多相复合高强高韧低密度钢，所述多相复合高强高韧低密度钢化学成 分按质量百分比计为：1.05
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1.10wt.％C、27.0
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28.0wt.％Mn、10.3
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11.0wt.％Al、 3.0
‑
3.5wt.％Cr、0
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3.6wt.％Ni、0.02
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0.04wt.％Nb、S≤0.01％、P≤0.005％，余量 为Fe及不可避免的杂质。
[0010]各化学元素在钢中的作用如下：
[0011]C：碳是奥氏体形成和稳定化元素，不仅起间隙固溶强化作用，还在钢中 与Mn和Al元素形成κ碳化物，对钢的强韧性有较大影响；本专利技术设定的C 含量为1.05
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1.10％。
[0012]Mn：锰是Fe
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Mn
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Al
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C系低密度钢的主要合金元素，锰是扩大奥氏体相区 元素，它的加入可使Ms点降低。Mn元素也影响着Fe
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Mn
‑
Al
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C系低密度钢的 层错能，控制钢的变形机制。但是过高的Mn含量会造成成分偏析，形成带状 组织，而且当Mn含量超过30％时会形成β
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Mn有害相，使得力学性能和焊接 性能下降；本专利技术设定Mn的含量为27.0
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28.0％。
[0013]Al：铝是铁素体形成元素，能使A3温度升高，增加Fe
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Mn
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Al
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C系低密度 钢的层错能，从而提高Fe
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Mn
‑
Al
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C系低密度钢的强塑性。铝的添加会使钢的 密度下降，每添加1％Al，钢的密度降低0.1g/cm3，适量的铝可显著提高钢的 热变形抗力，延迟动态再结晶，使奥氏体晶粒在动态再结晶后得到细化；本发 明设定Al含量为10.3
‑
11.0％。
[0014]Cr：铬是缩小奥氏体相区元素，提高层错能，降低Ms点，提高耐蚀性； 少量铬可提高低温冲击韧性。铬的添加还能控制κ碳化物析出，减小κ碳化物 尺寸及含量；本专利技术设定Cr的含量为3.0
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3.5％。
[0015]Ni：镍是奥氏体形成元素，不仅提高钢的耐蚀性，也能提升钢的韧性。 Ni和Al易生成NiAl(B2)相，不仅能够细化晶粒而且具有较强的析出强化作 用；本专利技术设定Ni的含量为0
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3.6％。
[0016]Nb：铌是强碳化物形成元素，能够细化晶粒并且提高强度和韧性，也能 增加钢的弹性模量；本专利技术设定Nb的含量为0.02
‑
0.04％。
[0017]P、S：磷和硫是钢形成的不利元素。硫在钢中以FeS、MnS等硫化物夹 质的形式存在，硫化物通常发布在晶界中，当温度达到其熔点时便会熔化，在 轧制和锻造时会导致钢热变形时的开裂。磷会严重影响钢的冷变形能力，随着 磷含量的增加，其影响会急剧加剧，并出现冷脆现象；本专利技术设定P、S的含 量为S≤0.01％、P≤0.005％。
[0018]优选地，所述多相复合高强高韧低密度钢的密度≤6.6g/cm3，屈服强度为 585
‑
910MPa，抗拉强度为880
‑
1100MPa，延伸率为42
‑
68％，
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40℃的V型缺 口冲击功＞50J。
[0019]优选地，所述多相复合高强高韧低密度钢的组织为奥氏体基体以及κ碳化 物、δ铁素体、NiAl相和NbC析出相；κ碳化物含量小于3％，δ铁素体+NiAl 相都是BCC结构，利用XRD检测其含量为3％
‑
11％，NbC含量小于0.1％。
[0020]所述的多相复合高强高韧低密度钢的制备方法，所述制备方法包括如下步 骤：
[0021]S1、冶炼：按照所需的多相复合高强高韧低密度钢的化学成分含量进行配 比称量，采用真空感应炉充分冶炼均匀，并浇铸得到铸锭；
[0022]S2、第一次均质化处理：对所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相复合高强高韧低密度钢，其特征在于，所述多相复合高强高韧低密度钢化学成分按质量百分比计为：1.05
‑
1.10wt.％C、27.0
‑
28.0wt.％Mn、10.3
‑
11.0wt.％Al、3.0
‑
3.5wt.％Cr、0
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3.6wt.％Ni、0.02
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0.04wt.％Nb、S≤0.01％、P≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的多相复合高强高韧低密度钢，其特征在于，所述多相复合高强高韧低密度钢的密度≤6.6g/cm3，屈服强度为585
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910MPa，抗拉强度为880
‑
1100MPa，延伸率为42
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68％，
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40℃的V型缺口冲击功＞50J。3.根据权利要求1所述的多相复合高强高韧低密度钢，其特征在于，所述多相复合高强高韧低密度钢的组织为奥氏体基体以及κ碳化物、δ铁素体、NiAl相和NbC析出相；其中：κ碳化物含量小于3％，δ铁素体+NiAl相都是BCC结构，利用XRD检测其含量为3％
‑
11％，NbC含量小于0.1％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的多相复合高强高韧低密度钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、冶炼：按照所需的多相复合高强高韧低密度钢的化学成分含量进行配比称量，采用真空感应...

【专利技术属性】
技术研发人员：武会宾，刘金旭，何金珊，王西涛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：