一种低密度Fe-Mn-Al-Ni-C钢板及制备方法技术

一种低密度Fe

【技术实现步骤摘要】
一种低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板及制备方法


[0001]本专利技术属于低密度钢
，涉及一种低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板及制备方法。

技术介绍

[0002]研究表明：汽车油耗与自重成线性关系，汽车自重每减少10％，油耗可降低6～8％，而每减少1L的油耗，将会少排放2.45kg的CO2。所以，汽车轻量化能显著缓解日益短缺的能源状况，也能改善日益恶化的环境状况。
[0003]目前，实现汽车轻量化主要两种途径：一是采用轻质材料，如铝、镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等；二是采用薄规格高强度钢替代厚规格普通钢材。铝合金等轻质材料虽具有较好的减重潜力，但生产成本高、成型工艺难，目前仅应用于汽车变速器、发动机等零部件以及特种车辆的车身制造中。与此同时，低成本、高性能的高强度钢则表现出很强的优势，也具备可观的减重潜力，可满足车身轻量化的要求。
[0004]研究表明，通过向高强度钢中加入一定含量的铝元素，在合理的工艺控制下，可得到集低密度与高强度性能于一体的汽车用钢板。
[0005]含铝的高强汽车钢有高锰的Fe
‑
(25～30)Mn
‑
(2～4)Al
‑
(2～4)Si体系的TWIP钢、Fe
‑
(18～28)Mn
‑
(9～12)Al
‑<br/>(0.7～1.2)C体系的SIP钢以及中锰的Fe
‑
8Mn
‑
5Al、Fe
‑
11Mn
‑
4Al
‑
0.2C等钢种，其室温组织为单相奥氏体或奥氏体
‑
铁素体双相组织，确保了钢板具有较高的强度、韧性和成型性。
[0006]由于高强度钢板卓越性能，未来在汽车上具有可观的使用量，世界各国也在积极进行相关研究，韩国浦项在此方面处于世界领先。我国的低密度高强度钢研究开展较晚，且仅有“铸态—钢板”的工艺研究，缺乏冶炼方面的详细报道，距离工业化任重道远。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板及制备方法，在传统的Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C体系中加入镍结合合理的工艺设计，提高了Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C钢板的基体组织稳定性，确保了低密度材料在室温和高温下的强度和韧性。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板，其化学成分及质量百分含量为：C:1.2～1.5％、Mn:18～20％、Al:8～10％、Ni:8～10％、Cr:0.3～0.5％、S≤0.006％、P≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
[0010]所述钢板为单相奥氏体组织，钢板厚度为2.5～5mm，密度为6.8～7.0g/cm3，强塑积≥55GPa
·
％，
[0011]上述低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板的制备方法，包括真空熔炼、铸坯大压下、再结晶、轧制、退火工序；
[0012](1)真空熔炼工序：按目标成分配料，将烘烤好的纯铁和电解镍板加入坩埚内，底部铺电解镍，上部放纯铁；二次料仓装入碳粉、金属铬、锰铝铁、铝粒等合金，抽真空，开始送
电熔炼；熔清后，升温、精炼30～50min；之后关闭真空，充入氩气，然后加入碳粉、金属铬，待完全熔清后，再加入锰铝铁合金，直至完全熔化，最后加入铝粒，熔清后大搅，浇铸成锭；
[0013](2)铸坯大压下工序：真空锭趁热脱模，在1180
±
20℃对铸坯进行单道次大压下轧制，轧后放入加热炉中缓冷至室温；
[0014](3)再结晶工序：将初轧后的坯料装炉升温至1130
±
10℃，保温[(1～2)
×
坯料厚度(mm)]min，得到ASTM4～5级晶粒的坯料；
[0015](4)轧制工序：坯料出炉，在1080
±
20℃进行多道次轧制，轧后水冷至室温；
[0016](5)退火工序：将钢板于400
±
10℃保温10～15min，最后出炉空冷。
[0017]所述真空熔炼工序，将烘烤好的纯铁和电解镍板加入坩埚内，底部铺电解镍板，上部放纯铁；二次料仓装入碳粉、金属铬、锰铝铁、铝粒等合金，抽真空至5Pa以下，开始送电熔炼；熔清后，升温至1600～1620℃，精炼30～50min；之后关闭真空，充入30000～50000Pa氩气，然后加入碳粉、金属铬，待完全熔清后，再分批加入锰铝铁合金，直至完全熔化，最后加入铝粒，熔清后大搅15～25min，浇铸成锭。
[0018]所述铸坯大压下工序，单道次压下量25～30％。
[0019]所述再结晶工序，初轧坯料先升温至680
±
10℃，保温1～2h，再升温至1130
±
10℃保温。
[0020]所述轧制工序，进行11～13道次轧制，终轧道次压下量10～15％，其余单道次压下量20～35％。
[0021]所述真空熔炼工序，锰铝铁合金中的质量占比锰、铝、铁依次为80％、10％、10％。
[0022]本专利技术锰铝铁合金的制备工艺是：先在真空感应炉内装入纯铁，抽真空，给电熔化；停止真空泵，充入氩气，依次加入铝、电解锰，熔清后浇铸成锭；室温下将锰铝铁铸锭切割成适当尺寸。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0024](1)本专利技术工艺流程简单，成分命中率高。针对铝、锰的难合金化问题，给出了采用锰铝铁合金块料进行合金化的工艺。锰铝铁合金块料密度大大高于铝的密度，能有效解决了传统工艺铝合金化后漂浮于钢液面的分层问题；其次是锰铝铁合金的加入，避免了单独加入锰后由于锰蒸气压高而形成的锰蒸汽挥发问题，可谓一举两得。
[0025](2)传统的Fe
‑
Mn
‑
Al铸锭，由于铝、锰等含量较高，铸坯中心在凝固末端产生严重的偏析，也会由于凝固收缩而形成疏松，采用铸坯大压下可解决这一问题。本专利技术在1180
±
20℃对铸坯进行单道次大压下轧制，不仅可改善凝固末端偏析程度，还可将铸坯中心未凝端压实，有效提高铸坯质量。
[0026](3)相比传统的低密度Fe
‑
Mn
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板，其特征在于，所述钢板化学成分及质量百分含量为：C:1.2～1.5%、Mn:18～20%、Al:8～10%、Ni:8～10%、Cr:0.3～0.5%、S≤0.006%、P≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板，其特征在于，所述钢板为单相奥氏体组织，钢板厚度为2.5～5mm，密度为6.8～7.0g/cm3，强塑积≥55GPa
·
%。3.根据权利要求1或2所述的低密度Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
Ni
‑
C钢板的制备方法，其特征在于，包括真空熔炼、铸坯大压下、再结晶、轧制、退火工序；真空熔炼工序：按目标成分配料，将烘烤好的纯铁和电解镍板加入坩埚内，底部铺电解镍，上部放纯铁；二次料仓装入碳粉、金属铬、锰铝铁、铝粒等合金，抽真空，开始送电熔炼；熔清后，升温、精炼30～50min；之后关闭真空，充入氩气，然后加入碳粉、金属铬，待完全熔清后，再加入锰铝铁合金，直至完全熔化，最后加入铝粒，熔清后大搅，浇铸成锭；（2）铸坯大压下工序：真空锭趁热脱模，在1180
±
20℃对铸坯进行单道次大压下轧制，轧后放入加热炉中缓冷至室温；（3）再结晶工序：将初轧后的坯料装炉升温至1130
±
10℃，保温[(1～2)
×
坯料厚度(mm)]min，得到ASTM4～5级晶粒的坯料；（4）轧制工序：坯料出炉，在1080
±
20℃进行多道次轧制，轧后水冷至室温；（5）退火工序：将钢板于400
±
10℃保温10～15min，最后出炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福利，郭瑞华，齐紫阳，张大伟，王博祥，石玉龙，潘文生，师利锋，赵燕青，李生建，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：