一种弥散强化的超高强高塑轻质钢及其制造方法技术

一种弥散强化的超高强高塑轻质钢及其制造方法，属于奥氏体轻质高强钢冶炼制造技术领域，所述超高强高塑轻质钢的化学成分按质量百分数包括：Mn 30~34%，Al 12~13%，C 1.30~1.40%，Si 1.10

A dispersion strengthened ultra-high strength and high plasticity light steel and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种弥散强化的超高强高塑轻质钢及其制造方法


[0001]本专利技术属于奥氏体轻质高强钢冶炼制造
，具体涉及一种弥散强化的超高强高塑轻质钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]着社会经济的不断发展，汽车、高铁、船舶等各类交通运载装备越来越多，带来能耗也越来越高，进而导致排放问题日益突出。现有的排放解决方案是：一是采用清洁能源代替燃油动力，二是通过交通运载装备本身减重从而减轻油耗。但由于清洁能源使用的关键性技术迟迟无法攻破，因而交通运载装备轻量化设计成为解决问题实现节能环保的重要举措。众多海洋船舶等装备的轻量化对海洋环境保护、节能降耗尤为重要。为此，Fe
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Mn
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Al
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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，极有可能兼具轻质化及高强塑性等多项高性能，是一种应用前景广阔的结构功能一体化钢铁材料。
[0003]中国专利技术专利CN109136761A公开了一种980MP级高延性低密度汽车用奥氏体钢，其原料化学成分质量百分比(％)为： 0.5％~1.0％C、0.2％~0.5％Si 、 12％~16％Mn、 5％~8％Al、0 .1％~0 .3％Ti 、0 .02％~0 .04％Ce。该专利汽车用奥氏体钢的生产方法包括铁水连铸—粗轧—精轧—冷却—卷取—冷轧—连续退火—平整，工艺较为复杂，不适合大批量生产，且Al含量较低减重效果不明显，C含量较低使钢材的强度较低。
[0004]综上所述，现有Fe
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Mn
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Al
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C系轻质钢相关专利和文献所涉及的技术，缺乏对低密度高强度奥氏体轻质钢的制造方法，为此有必要探索间距低密度与高强塑性的结构功能一体化的钢铁材料和制造方法。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种弥散强化的超高强高塑轻质钢及其制造方法，通过添加Mo、Ni、La元素，调控κ碳化物析出、改善高温铁素体δ的形态，同时优化加工工艺，使得钢材具备低磁、高强、高韧的特性。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种弥散强化的超高强高塑轻质钢，所述超高强高塑轻质钢的化学成分按质量百分数包括：Mn 30~34%，Al 12~13%，C 1.30~1.40%，Si 1.10
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1.50%，Cr 4~7%，Mo 0.01~3%，Ni 1~8%，La 0.05~1%，B 0.0001~0.005%，P≤0.015%，S≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0007]本专利技术中Mn、Al、C的重量百分比满足：8.15
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0.101Al
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0.41C
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0.0085Mn＜6.3。所述超高强高塑轻质钢组织以奥氏体为基体组织，含有少量δ铁素体及碳化物析出。所述超高强高塑轻质钢的密度ρ＜6.3g/cm3、屈服强度≥1085MPa、抗拉强度≥1167MPa、延伸率≥20%。
[0008]此外，本专利技术还提供了一种弥散强化的超高强高塑轻质钢的制造方法，包括以下步骤：1）冶炼铸锭 按照超高强高塑轻质钢的组成成分设计要求进行投料，采用真空感
应炉冶炼或电弧炉
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精炼炉
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真空脱气炉三联法冶炼并浇注成铸锭坯料；所述超高强高塑轻质钢的组成成分按质量百分数包括：Mn 30~34%，Al 12~13%，C 1.30~1.40%，Si 1.10
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1.50%，Cr 4~7%，Mo 0.01~3%，Ni 1~8%，La 0.05~1%，B 0.0001~0.005%，P≤0.015%，S≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，精炼炉中精炼时间至少30min，真空脱气炉中真空脱气10
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30min，浇注时钢水温度控制在1380～1500℃，铸锭坯料浇注完成后1h内脱模，脱模后的铸锭坯料以1～4℃/h的降温速度缓冷至室温；2）控温轧制 对步骤1）所得坯料切除冒口后，以20～30℃/h的升温速度缓慢加热至1140~1170℃，保温4h以上且使坯料完全均匀后出炉轧制，开轧温度为1120～1140℃，以6
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20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥1020℃；3）淬火固溶 将步骤2）所得的轧件直接送入层流水或水槽，以≥35℃/s的冷速进行淬火固溶，入水温度≥1000℃，终冷温度≤50℃。
[0009]在步骤1）和步骤2）之间增设对铸锭坯料锻造成形的工序，锻造成形的方法为：铸锭坯料以15～20℃/h的升温速度缓慢加热至1100~1140℃，保温10h以上至充分均匀化以后，按整形、展宽、拔长和整形的工序进行锻造；每当锻件发生温降至接近950℃时，回炉升温至1100~1140℃，加热时间不少于1h，直到锻成适合于轧制的板状坯料，终锻温度≥990℃；锻造结束后将板状坯料缓冷至室温。
[0010]在本专利技术成分设计中：Mn：Mn是奥氏体稳定化元素，能够扩大奥氏体相区、缩小铁素体相区、抑制κ脆性相。Mn还起到固溶强化的作用，可相应提高钢的加工硬化率。较高的Mn含量有利于获得单相奥氏体组织，有助于改善钢的塑韧性与耐蚀性。但是，随着锰含量增加，钢材中的晶粒粗大化、热导率急剧下降、线胀系数上升，可导致钢材加热或冷却时形成较大内应力，显著增大开裂倾向、恶化热加工性，表明Mn的含量不易多加。本专利技术设定Mn的质量百分比含量为30~34%。
[0011]Al：Al显著降低钢的密度，每添加1％的Al使密度降低0 .101g/cm3，密度ρ≤7.2g/cm3需要添加5.5%以上的Al，同时Al显著提高钢的耐腐蚀性能和强度。但是，Al是铁素体形成元素，过多的Al含量会缩小奥氏体区间、促进δ、κ脆性相，反而降低塑韧性和耐蚀性。因此，本专利技术设定Al的质量百分比含量为12.00~13.00%。
[0012]C：C是非常显著的奥氏体稳定化和固溶强化元素，提高C含量，可扩大奥氏体相区和提高强度。但是，过多的C会与Mn、Al形成沿晶κ脆性相，从而不利于钢的耐蚀性和塑韧性。为保证800MPa级别及稳定奥氏体组织，本专利技术设定C的质量百分比含量为1.30~1.40%。
[0013]Si：Si是有效的脱氧元素和固溶强化元素，提高Si含量，可提高强度。但是，过多的Si降低碳在奥氏体中的溶解度，使δ相和κ碳化物数量增多，冲击韧性和耐蚀性相应下降。因此，本专利技术设定Si的质量百分比含量为1.10
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1.50%。
[0014]Cr：固溶处理时大部分Cr溶入奥氏体，提高其稳定性，并在冷却时抑制沿晶κ碳化物，增加Cr含量可同时提高耐蚀性及塑韧性。但过多的Cr易增加沿晶析出的网状碳化物，反而降低冲击韧性与塑韧性。因此，本专利技术设定Cr的质量百分比含量为4.00~7.00%。
[0015]Mo：Mo延缓了时效过程中κ碳化物析出的动力学过程，在κ碳化物中Mo取代Fe在能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弥散强化的超高强高塑轻质钢，其特征在于所述超高强高塑轻质钢的化学成分按质量百分数包括：Mn 30~34%，Al 12~13%，C 1.30~1.40%，Si 1.10
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1.50%，Cr 4~7%，Mo 0.01~3%，Ni 1~8%，La 0.05~1%，B 0.0001~0.005%，P≤0.015%，S≤0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的弥散强化的超高强高塑轻质钢，其特征在于所述超高强高塑轻质钢中Mn、Al、C的重量百分比满足：8.15
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0.101(Wt%Al)
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0.41(Wt%C)
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0.0085(Wt%Mn)＜6.3。3.根据权利要求1所述的弥散强化的超高强高塑轻质钢，其特征在于：所述超高强高塑轻质钢组织以奥氏体为基体组织，含有少量δ铁素体及碳化物析出。4.根据权利要求1所述的弥散强化的超高强高塑轻质钢，其特征在于：所述超高强高塑轻质钢的密度ρ＜6.3g/cm3、屈服强度≥1085MPa、抗拉强度≥1167MPa、延伸率≥20%。5.一种弥散强化的超高强高塑轻质钢的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步骤：1）冶炼铸锭 按照超高强高塑轻质钢的组成成分设计要求进行投料，采用真空感应炉冶炼或电弧炉
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精炼炉
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真空脱气炉三联法冶炼并浇注成铸锭坯料；所述超高强高塑轻质钢的组成成分按质量百分数包括：Mn 30~34%，A...

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