一种屈服460MPa级低密度中板及其制备方法技术

一种屈服460MPa级低密度中板及其制备方法，属于低密度钢技术领域。化学成分的质量百分比为：C 0.30

【技术实现步骤摘要】
一种屈服460MPa级低密度中板及其制备方法


[0001]本专利技术属于低密度钢
，具体涉及一种屈服460MPa级低密度正火中板及其制备方法。

技术介绍

[0002]在当今“双碳”背景下，轻量化的交通运输装备是实现节能减排的重要举措。各类交通运载装备如汽车、高铁等，在进行轻量化设计时，，必须保证优异的安全性，这就需要所使用的钢板不仅具有低密度的特性，还有优异的抗冲击性能。为此，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，从而可以获得Fe
‑
Mn
‑
Al
‑
C系奥氏体低密度钢。单相奥氏体钢具有较高的低温冲击韧性，同时还具有低磁性或无磁性，可相应增强电子设备工作的稳定性，兼具结构功能双性，是一种应用前景广阔的高性能钢，但这类钢屈服强度较低是共性技术难题，如何兼顾奥氏体低密度钢的高强度、高延伸率和高韧性，需要对关键材料工艺加以探索。
[0003]国内有关奥氏体基低密度中板的专利，所涉及的低密度高强钢提高了碳含量，虽可提高钢的强度，但也恶化了焊接性能，如公开号CN 115323278 A“一种屈服700MPa级低密度钢及其热处理方法”，碳含量在0.85
‑
1.15％；公开号为CN 114892084A“一种冲击韧性高的高强奥氏体轻质钢及其制造方法”，碳含量在0.83
‑
0.92％，且钢板的轧后热处理为淬火，使钢具有较高的开裂倾向。CN 112281074A公开的“一种低密度LNG储罐用高锰中厚板及其制备方法”，钢板在热轧后冷却时，以大于19℃/s的冷速快冷到了室温，快冷工艺使钢内组织产生较大的内应力，使钢具有较高的开裂倾向，钢的性能稳定性不足，与交通运输装备高安全性的要求不匹配。
[0004]如今，为满足实际应用的要求，仍迫切需要开发一种兼具高强度、高冲击韧性以及高延伸率等优良的综合力学性能，同时还有优异的焊接性能和性能稳定性的低密度中板。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供了一种屈服460MPa级低密度中板及其制备方法，通过Fe、Mn、Al、C等基体组织成分与强化元素Nb的联合设计，在减轻钢的重量的同时，钢的屈服强度可以达到460Mpa级，并同时保持良好的延伸率和低温冲击韧性，主要用于需要焊接的运输装备上。
[0006]本专利技术一种屈服460MPa级低密度中板，包括以下质量百分比的化学成分：C 0.30
‑
0.46％,Al 4.8
‑
5.7％，Mn 18.1
‑
22.3％，Nb 0.015
‑
0.06％，O 0.0005
‑
0.0010％，Si 0.05
‑
0.20％，S≤0.005％，P≤0.005％，N≤0.0005％，余量为Fe和无法避免的杂质。
[0007]优选的，为使钢中组织为单相的等轴奥氏体晶粒，所述C、Al和Mn元素含量满足：3.5≤(Mn+C)/(Al+C)≤4。
[0008]本专利技术所述的一种屈服460MPa级低密度中板的化学成分的设计原理为：
[0009]C：碳元素可以起到稳定奥氏体的作用，同时产生固溶强化作用，以提高钢的强度；
但C元素过高，会导致钢中碳化物的形成，过多的碳化物会恶化韧性，不利于焊接。因此将C的含量定为C 0.30
‑
0.46％。
[0010]Mn：Mn元素能扩大奥氏体相区。Mn含量太高会恶化低温韧性，降低焊接性能；Mn含量太低会影响奥氏体相含量，且降低钢的强度和硬度。因此将Mn含量定为18.1
‑
22.3％。
[0011]Al：每添加1％的Al元素，就会使钢的密度减少1.3％。同时，A1元素的添加可以调节层错能，A1含量过低会导致层错能降低，形变过程中容易产生马氏相，恶化低温韧性，而A1含量过高，组织中又会产生δ
‑
铁素体，过多的δ
‑
铁素体相也严重损害低温韧性。因此将A1含量定为4.8
‑
5.7％。Al的含量应与C、Mn满足：3.5≤(Mn+C)/(Al+C)≤4。
[0012]Nb：Nb元素的添加会通过析出强化和晶粒细化来提高钢的强度和塑性；Nb溶进奥氏体能提高奥氏体硬度；过多的Nb元素会使钢材在热处理过程中出现晶间夹杂物，导致无机晶核的产生，影响钢材的表面质量，如易使钢的表面出现斑点、裂纹、坑洼等缺陷。因此Nb的含量定为0.015
‑
0.06％。
[0013]O：炼钢过程中，一定量的氧可以脱除有害气体、非金属夹杂物和其他杂质的有效手段，但冶炼结束后钢中若存在过量的氧，就会造成很大的危害。钢中的氧多以氧化物状态存在于非金属夹杂物中，使钢机械强度降低，韧性显著降低，并有促进时效和增加热脆性作用。因此将氧含量定为0.0005～0.0010％。
[0014]Si：Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，含Si量过高时，将显著降低钢的塑性和韧性；Si也能降低钢的焊接性能。因此，Si含量应控制在0.05
‑
0.20％。
[0015]S：硫通常情况下在钢中为有害元素，不仅对材料的强度、焊接性能不利，还易形成硫化物夹杂，恶化材料的塑性和韧性，故硫含量越低越好：但硫能够改善钢的切削性能，综合考虑，硫含量应控制在0.005％以下；
[0016]P：磷是铁素体相区形成元素，能够与α
‑
Fe有限固溶，缩小奥氏体相区，增加钢中对耐蚀性相对有利的铁素体组织含量；但磷含量过高易在晶界以磷化物的形式偏聚，从而增加钢的冷脆性，恶化材料的塑性、韧性和焊接性能，故磷的含量不宜过高；因此磷含量应控制在0.005％以下；
[0017]N：氮可提高钢材的强度，但会使塑韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。因此，应该控制氮含量在0.0005％以下。
[0018]上述屈服460MPa级低密度中板的制备方法，包括以下步骤：
[0019](1)铸造：
[0020]按照一种屈服460MPa级低密度中板的成分配比进行冶炼，将获得的钢水浇铸成钢锭。
[0021](2)加热：
[0022]将钢锭在1100～1200℃保温2～3h，进行均质化处理；
[0023](3)轧制：
[0024]对均匀化后的钢锭在再结晶区轧制，以保证得到等轴状晶粒，开轧温度1000～1100℃，终轧温度大于850℃，压下率为80～90％，得到热轧态钢材，轧后空冷至室温。
[0025](4)正火：
[0026]将热轧钢板在660～740℃保温20～35min，随后空冷至室温，得到屈服460MPa级低密度中板。
[0027]其中，在步骤(1)中，钢锭厚度为70～120mm。
[0028]其中，在步骤(3)中，热轧钢板的厚度为11～13mm。
[0029]由于Mn是扩大奥氏体相区元素，A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种屈服460MPa级低密度中板，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C 0.30
‑
0.46％,Al 4.8
‑
5.7％，Mn 18.1
‑
22.3％，Nb 0.015
‑
0.06％，O0.0005
‑
0.0010％，Si 0.05
‑
0.20％，S≤0.005％，P≤0.005％，N≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质；按成分配比进行冶炼、铸锭、加热，对加热后的钢锭进行再结晶区轧制，开轧温度1000～1100℃，终轧温度大于850℃，总压下率为80～90％，得到热轧钢材，轧后空冷至室温，再进行正火处理，将热轧钢板在660～740℃保温20～35min，随后空冷至室温。2.根据权利要求1所述的一种屈服460MPa级低密度中板，其特征在于，其化学成分符合3.5≤(Mn+C)/(Al+C)≤4。3.根据权利要求1或2所述的一种屈服460MPa级低密度中板，其特征在于，中板的屈服强度为460～550MPa，抗拉强度为660～830MPa，断后延伸率为40～60％，
‑
40℃夏比冲击功为100～150J，密度为7.27～7.36g/cm3。4.权利要求1～3中任意一项所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学敏，李非凡，尚学良，杨雍哲，徐翔宇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：