一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及合金技术领域，尤其涉及一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用。按照质量百分比计，包括Mn28～32％，Al10.00～10.60％，C1.03～1.08％，Si0.20～0.60％，Cr2.00～3.90％，Ni0.05～2.00％，La0.01～0.05％，Mg0.01～0.10％，P≤0.012％，S≤0.003％，N≤0.10％，余量的铁和不可避免的杂质；且0.6((4[Al]+[Cr])

A high strength and toughness light steel and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及合金
，尤其涉及一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，对于无磁钢的需求日益增长，特别是精密仪表和特种装备制造等所采用的高端无磁钢结构部件。轻量化与高安全性是现代陆地交通、航空航天和海洋运输等高端装备及基础零部件对材料的基本要求。装备轻量化可以通过提高材料的强度和降低材料的密度加以实现，而高安全性则要求高强度与高韧性，以避免零部件在碰撞过程中由于低强度造成大幅形变对人体的伤害和服役过程中因韧性储备不足而突然断裂所造成的灾难性事故。为此，Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系合金钢通过加入轻量化元素Al(一般5％以上)以降低材料密度，同时加入适量Mn、C等奥氏体稳定化元素，成为一种奥氏体轻质钢，基体组织为奥氏体组织，具有低磁性的特点，从而极有可能兼具轻质化、低磁及高强塑韧性等多项高性能，是一种应用前景广阔的结构功能一体化钢铁材料。
[0003]公开号为CN111910132A的中国专利公开了奥氏体轻质钢，化学成分组成的质量百分比为：C：0.8～1.3％，Al：9.0～15.0％，Mn：10.0～20.00％，Ni：<0.25％，Cr：<0.5％，Si：<0.5％，Ti+V：<1.0％，其他为Fe和不可避免的杂质。其屈服强度为600MPa或更大，伸长率为20％或更大，密度为6.85g/cm3或更小。该专利通过粗热轧、一次热轧、一次退火、二次热轧、二次退火、冷轧制造棒钢，生产工艺流程较长且复杂，不适用于工业化生产；同时该专利并未关注δ相形态对于轻质钢力学性能的恶化，未达到该Al、C成分下的最佳塑韧性。
[0004]公开号为CN103820735A的中国专利公开了一种超高强度C
‑
Al
‑
Mn
‑
Si系低密度钢及其制备方法，化学成分组成的质量百分比为：C：0.28～1.15％，Al：3.0～12.0％，Mn：6.9～27.60％，Si：0.01～2.0％，Cr：0.01～0.80％，Ni：0.01～0.60％，Mo：0.01～0.30％，V：0.001～0.10％，Nb：0.001～0.06％，Ti：0.001～0.02％，其他为Fe和不可避免的杂质。其抗拉强度≥800MPa，密度≤7.4g/cm3。该专利未考虑添加较多Al元素导致长条状铁素体形成，奥氏体和铁素体晶界处薄弱，致使δ相易导致韧性低，即使没有测定试验钢塑韧性，也可预料该专利塑韧性较差。
[0005]综上所述，现有Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系轻质钢相关专利和文献所涉及的技术因Al较高而易形成δ、κ脆性相且不考虑调控δ相形态导致低温韧性均有不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用，所述高强韧轻质钢同时满足低磁、低密度、高强度和抗低温冲击的特点。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种高强韧轻质钢，按照质量百分比计，包括以下元素：Mn 28～32％，Al 10.00～10.60％，C 1.03～1.08％，Si 0.20～0.60％，Cr 2.00～3.90％，Ni 0.05～5.00％，La 0.01～0.05％，Mg 0.01～0.10％，P≤0.012％，S≤0.003％，N≤0.10％，余量
的铁和不可避免的杂质；
[0009]且Al、C和Cr的重量百分比关系为：0.6((4[Al]+[Cr])
‑
25[C])/[C]<11，C和Al的重量百分比关系为120[Al]+400[C]‑
700>690。
[0010]优选的，所述高强韧轻质钢的组织为奥氏体和δ铁素体，其中奥氏体含量≥89vol％；
[0011]所述高强韧轻质钢的密度≤6.61g/cm3；屈服强度为≥690MPa，抗拉强度为≥940MPa，延伸率≥47％，
‑
40℃KV2≥80J。
[0012]本专利技术还提供了上述技术方案所述高强韧轻质钢的制备方法，包括以下步骤：
[0013]按照所述低密度超高强度高塑性钢的元素组成，将制备原料混合后，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；
[0014]将所述铸锭依次进行轧制和淬火固溶，得到所述高强韧轻质钢。
[0015]优选的，进行轧制前，还包括对所述铸锭进行锻造成形。
[0016]优选的，所述锻造成形的开锻温度为1080～1160℃，终锻温度≥950℃。
[0017]优选的，所述锻造成形的过程为：以25～30℃/h的速度升温至1120～1160℃，保温≥10h后，按整形、展宽、拔长和整形的过程进行锻造，开锻温度优选为1080～1160℃，每当锻件降温至950℃时，升温至1160℃进行保温≥1h。
[0018]优选的，所述轧制的过程为：以30～40℃/h的升温速率升至1160～1200℃，保温3h以上后出炉轧制，开轧温度为1100～1140℃，以6～20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥990℃。
[0019]优选的，所述淬火固溶的冷却速率≥20℃/s，入水温度≥970℃，终冷温度≤150℃。
[0020]优选的，所述浇注的温度为1430～1490℃。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述高强韧轻质钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的高强韧轻质钢在交通运载装备领域中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种高强韧轻质钢，按照质量百分比计，包括以下元素：Mn 28～32％，Al 10.00～10.60％，C 1.03～1.08％，Si 0.20～0.60％，Cr2.00～3.90％，Ni 0.05～2.00％，La 0.01～0.05％，Mg 0.01～0.10％，P≤0.012％，S≤0.003％，N≤0.10％，余量的铁和不可避免的杂质；且Al、C和Cr的重量百分比关系为：0.6((4[Al]+[Cr])
‑
25[C])/[C]<11，C和Al的重量百分比关系为120[Al]+400[C]‑
700>690。在本专利技术中，所述高强韧轻质钢的Al含量对于轻质化(降低材料密度)、Mn和C含量对于获得单相奥氏体组织、Al和C含量对于获得高强塑韧性，都是必要因素，但过高的Al含量反而会降低抗低温冲击性能(增加沿晶κ脆性相、长条状δ铁素体)。为了进一步调控δ相形态提高低温冲击性能，所述高强韧轻质钢还特别添加了适量的Si、Cr、Ni、Mg和La等关键元素，但是过多添加这些元素反而会损害热加工性能、甚至抗冲击性能，为了在钢中发挥扬长避短的有益作用，对上述元素的含量进行了特别的限定；
[0023]与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧轻质钢，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下元素：Mn 28～32％，Al 10.00～10.60％，C 1.03～1.08％，Si 0.20～0.60％，Cr 2.00～3.90％，Ni 0.05～5.00％，La 0.01～0.05％，Mg 0.01～0.10％，P≤0.012％，S≤0.003％，N≤0.10％，余量的铁和不可避免的杂质；且Al、C和Cr的重量百分比关系为：0.6((4[Al]+[Cr])
‑
25[C])/[C]<11，C和Al的重量百分比关系为120[Al]+400[C]
‑
700>690。2.权利要求1所述高强韧轻质钢，其特征在于，所述高强韧轻质钢的组织为奥氏体和δ铁素体，其中奥氏体含量≥89vol％；所述高强韧轻质钢的密度≤6.61g/cm3；屈服强度为≥690MPa，抗拉强度为≥940MPa，延伸率≥47％，
‑
40℃KV2≥80J。3.权利要求1或2所述高强韧轻质钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述低密度超高强度高塑性钢的元素组成，将制备原料混合后，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；将所述铸锭依次进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，刘日平，王青峰，程奔，王子童，田野，彭嘉婧，杨啸雨，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：