一种高强韧轻质钢板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板及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种高强韧轻质钢板，按照质量百分比计，包括以下元素组成：Mn 27～30％，Al 8.30～9.20％，C 0.93～1.02％，Cr 0.05～0.25％，Cu0.07～0.10％，Nb 0.01～0.10％，Ti 0.05～0.15％，N≤0.10％，Ce≤0.06％，P≤0.008％，S≤0.002％，余量的铁和不可避免的杂质；且所述Al和C的质量关系为λ1≤[C]≤λ2；λ1＝1.53

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

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧轻质钢板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板及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会经济的不断发展，能源大量消耗带来了一系列环境问题，其解决方案一方面是通过使用清洁能源代替燃油动力，另一方面是通过减轻交通装备自身重量从而减少燃油消耗减少污染，因此，交通装备轻量化成为未来发展方向。通过向钢中加入轻量化元素Al从而降低钢的密度，再加入Mn、C等稳定奥氏体的元素，获得Fe
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Mn
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Al
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C系高强高韧性奥氏体基轻质钢。
[0003]对比现有高强度轻质钢专利发现主要涉及汽车工业用薄板，其轧制工艺主要为冷轧+退火，且其性能指标主要为高强高塑性，高强度高冲击韧性的钢板较少。例如，公开号为CN109735691A的中国专利提供了一种抗拉强度为1000MPa级别的高碳高猛低密度钢，其轧制方法为热轧轧制后淬火再进行冷轧，获得的钢板厚度仅为1mm；公开号为CN108486492A的中国专利公开了一种1200MPa级别的高强度高塑性低密度钢及其制备方法，轧制工艺为热轧后固溶再进行冷轧，获得钢板厚度仅为0.5～1.5mm；公开号为CN103484771A的中国专利公开的合金组成包括质量百分数为C:0.04～0.10％、Al:0.5～4.0％、Mn:0.3～3.0％、Cu:0.5～2.0％、Ni:0.4～1.6％、Si:0.2～1.0％、Nb:0.04～0.10％其余为Fe和不可避免的杂质；采用两阶段轧制，轧制后回火处理，但由于添加的Al、C含量均较低，且其密度较大较重，轻量化效果不足。
[0004]针对上述问题，为了解决轻量化不足的问题，通常通过添加大量的Al来降低密度，大量的C来提高强度。当两种元素大量同时存在时，容易在冷却时析出脆性的κ碳化物(Fe,Mn)3AlC，导致钢板低温冲击韧性较差。例如，文献(Current state of Fe
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Mn
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Al
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C low density steels Progress in Materials Science)提出了Al＞7％且C＞0.7％，在固溶冷却过程中就会出现晶内κ碳化物。文献(刘春泉Fe
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Mn
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Al
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C系低密度钢研究进展材料导报)提出在Al含量＞5.5％且C＞0.7％时就会在晶界析出κ碳化物。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高强韧轻质钢板及其制备方法和应用，所述高强韧轻质钢板同时满足高强度、高韧性和轻量化的特点。
[0006]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：
[0007]本专利技术提供了一种高强韧轻质钢板，按照质量百分比计，包括以下元素组成：Mn 27～30％，Al 8.30～9.20％，C 0.93～1.02％，Cr 0.05～0.25％，Cu 0.07～0.10％，Nb 0.01～0.10％，Ti 0.05～0.15％，N≤0.10％，Ce≤0.06％，P≤0.008％，S≤0.002％，余量的铁和不可避免的杂质；
[0008]且所述Al和C的质量关系为λ1≤[C]≤λ2；λ1＝1.53
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0.07[Al]，λ2＝1.9
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0.1[Al]。
[0009]优选的，所述高强韧轻质钢板的组织为奥氏体+δ铁素体+(Nb,Ti)C碳化物，其中δ
铁素体含量≤5vol％；
[0010]所述高强韧轻质钢板的密度≤6.9g/cm3；屈服强度为620～680MPa，抗拉强度为900～970MPa，延伸率≥45％，
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40℃横向冲击功≥120J。
[0011]本专利技术还提供了上述技术方案所述高强韧轻质钢板的制备方法，包括以下步骤：
[0012]按照所述高强韧轻质钢板的元素组成，将制备原料混合后，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；
[0013]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板。
[0014]优选的，得到铸锭后，还包括将所述铸锭进行电渣重熔；
[0015]所述电渣重熔在保护气氛中进行；
[0016]所述电渣重熔包括依次进行的铸锭重熔和电渣锭冷却；所述铸锭重熔的熔速为7～11kg/min，所述电渣锭冷却的冷却速度为8～12℃/h。
[0017]优选的，所述电渣重熔后，还包括锻造成形；
[0018]所述锻造的温度为1130～1170℃，终锻温度≥930℃。
[0019]优选的，所述冶炼的方法为真空感应电炉冶炼或三联法冶炼；
[0020]所述三联法冶炼为电弧炉
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精炼炉
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真空脱气炉三联法。
[0021]优选的，所述浇注的温度为1400～1450℃。
[0022]优选的，所述轧制的过程为：以35～45℃/h的升温速率升至1150～1190℃，保温后出炉轧制，开轧温度为1120～1140℃，以6～20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥970℃。
[0023]优选的，所述淬火固溶的冷却速率≥15℃/s，入水温度≥950℃，终冷温度≤200℃。
[0024]本专利技术还提供了上述技术方案所述高强韧轻质钢板或上述技术方案所述制备方法制备得到的高强韧轻质钢板在交通运载装备领域中的应用。
[0025]本专利技术提供了一种高强韧轻质钢板，按照质量百分比计，包括以下元素组成：Mn 27～30％，Al 8.30～9.20％，C 0.93～1.02％，Cr 0.05～0.25％，Cu 0.07～0.10％，Nb 0.01～0.10％，Ti 0.05～0.15％，N≤0.10％，Ce≤0.06％，P:≤0.008％，S:≤0.002％，余量的铁和不可避免的杂质；且所述Al和C的质量关系为λ1≤[C]≤λ2；λ1＝1.53
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0.07[Al]，λ2＝1.9
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0.1[Al]。所述高强韧轻质钢板的Al含量对于轻质化(降低材料密度)、Mn和C含量对于获得室温奥氏体组织和Al和C含量对于获得高强塑韧性都是必要因素；C含量较低时强度较低但是过高时会促进κ脆性相析出，不利于焊接性能；Al含量过高会促进钢中形成δ铁素体大量形成从而降低冲击性能，因此合适的Al、C含量十分重要，通过限定Al、C含量满足：1.53
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0.07[Al]≤C≤1.9
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0.1[Al]的条件，能够获得以奥氏体为基体，避免在所要求的成分范围内Al、C同时均较高的情况下，极易促进κ碳化物的析出，同保证δ铁素体含量≤5％，从而获得具有较高强度和冲击优异的组织。为了进一步提高强韧性，所述高强韧轻质钢板还特别添加了适量的Cr、Nb、Ti、Cu、N、Ce等关键元素，但过多添加这些元素反而会损害热加工性、甚至抗冲击性能，因此，将上述元素控制在上述百分含量的范围内可以在钢中发挥扬长避短本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧轻质钢板，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下元素组成：Mn 27～30％，Al 8.30～9.20％，C 0.93～1.02％，Cr 0.05～0.25％，Cu0.07～0.10％，Nb 0.01～0.10％，Ti 0.05～0.15％，N≤0.10％，Ce≤0.06％，P≤0.008％，S≤0.002％，余量的铁和不可避免的杂质；且所述Al和C的质量关系为λ1≤[C]≤λ2；λ1＝1.53
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0.07[Al]，λ2＝1.9
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0.1[Al]。2.权利要求1所述高强韧轻质钢板，其特征在于，所述高强韧轻质钢板的组织为奥氏体+δ铁素体+(Nb,Ti)C碳化物，其中δ铁素体含量≤5vol％；所述高强韧轻质钢板的密度≤6.9g/cm3；屈服强度为620～680MPa，抗拉强度为900～970MPa，延伸率≥45％，
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40℃横向冲击功≥120J。3.权利要求1或2所述高强韧轻质钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述高强韧轻质钢板的元素组成，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轧制和淬火固溶，得到所述高强韧轻质钢板。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，得到铸锭后，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，王青峰，张新宇，胡文俊，王子童，田野，耿路路，谯明亮，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：