[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度高延伸率低密度的中厚板及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610867065.5
• 申請(qǐng)日: 2016-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN106498278B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王學(xué)敏;李建赭;徐翔宇;張威;尚成嘉;楊善武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/02
• 分類號(hào): C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/08;C22C38/12;C22C33/04;C21D8/02
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11401
• 代理人: 臯吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度高延伸率低密度的中厚板及其軋制與熱處理工藝。

背景技術(shù)

近年來(lái)，為降低燃料消耗、減少CO₂排放量，汽車輕量化逐漸成為業(yè)界趨勢(shì)，輕質(zhì)合金也隨之越來(lái)越受到業(yè)界的重視。研究人員首先考慮采用的密度小的鋁合金板，其價(jià)格昂貴，加工、焊接控制難度較高，較難作為汽車用材。低密度鋼的開發(fā)應(yīng)用很好地解決了這一問(wèn)題，在鐵基上加入一定量鋁，生產(chǎn)出高鋁含量鋼板，使之兼?zhèn)滗摪宓膹?qiáng)度、塑性和鋁合金的低密度特點(diǎn)。鋁的加入還可提高鋼的耐腐蝕性能，這種低密度、耐腐蝕的綜合性能使高鋁低密度鋼在海洋工程應(yīng)用方面具有了十分良好的前景。

高鋁低密度鋼中厚板的現(xiàn)有技術(shù)(如中國(guó)專利，公開號(hào)CN103484771B)公開了一種海洋平臺(tái)用高鋁低密度中厚鋼板及其軋制與熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)了低密度化且高強(qiáng)度的特征，但并未解決低密度鋼的低溫沖擊韌性問(wèn)題。

加Al元素的鋼在適宜的熱處理?xiàng)l件下有可能析出κ碳化物，κ碳化物會(huì)成為裂紋的起始點(diǎn)導(dǎo)致材料塑性降低，因此低密度鋼在冷軋過(guò)程中常常出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。另外，鋁與氮有較強(qiáng)的親和力，極易形成AlN顆粒，當(dāng)鑄件凝固時(shí)，冷卻速度越小，AlN越易析出，鑄鋼在880℃淬火后，AlN顆粒以六方晶形式沿原奧氏體的晶界析出會(huì)使鋼變脆。因此，需要提供一種高強(qiáng)度高延伸率低密度且韌性較好的中厚板材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、高延伸率、低密度的中厚板及其制備方法。通過(guò)高鋁的合金元素設(shè)計(jì)，采用兩階段再結(jié)晶控制軋制，軋后進(jìn)行臨界熱處理實(shí)驗(yàn)使鋼板回火，空冷后得到鐵素體、回火馬氏體和逆轉(zhuǎn)奧氏體的復(fù)相組織，以提高鋼材的低溫韌性，同時(shí)具備高強(qiáng)度以及良好的耐腐蝕性能，可更好的應(yīng)用于海洋平臺(tái)或汽車領(lǐng)域。

本發(fā)明所涉及的高強(qiáng)度、高延伸率、低密度的中厚板，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.105-0.30％，Al：2.00-6.00％，Mn：1.50-4.00％，Ni：1.80％-3.00％，Nb：0.012-0.06％，Si：≤0.20％，控制S、P、N含量為S≤0.005％，P≤0.01％，N≤0.005％，其它為Fe和不可避免雜質(zhì)，為使均化處理后γ奧氏體含量大于δ鐵素體含量，其中C、Mn、Ni、Al的含量應(yīng)符合公式：12[C]+0.25[Mn]+0.2[Ni]+1＞[Al]。

優(yōu)選的質(zhì)量百分比的化學(xué)成分為：C：0.11-0.30％，Al：3.20-6.00％，Mn：2.40-4.00％，Ni：1.80％-3.00％，Nb：0.012-0.055％，Si：≤0.20％。

最佳的質(zhì)量百分比的化學(xué)成分為：C：0.18％，Al：3.24％，Mn：2.48％，Ni：1.94％，Nb：0.053％，Si：0.19％。

為提高中厚板強(qiáng)度，上述化學(xué)成分中，還可添加Mo、V、Ti、Cu元素中的一種或幾種替代Fe，添加量按質(zhì)量百分比計(jì)，Mo≤0.5％、V≤0.05％、Ti≤0.08％、Cu≤1％。

本發(fā)明各元素的作用及配比依據(jù)如下(以質(zhì)量百分比為計(jì))：

碳：C的一個(gè)重要作用是固溶強(qiáng)化，可溶于奧氏體并擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，足夠的C可形成足夠的富碳逆轉(zhuǎn)奧氏體并使之穩(wěn)定至室溫，組織中固溶的合金元素如Al、Mn、Nb可與C結(jié)合形成各種碳化物，這些碳化物的沉淀強(qiáng)化作用可以適當(dāng)提高鋼的強(qiáng)度，影響奧氏體和鐵素體再結(jié)晶溫度；然而C含量過(guò)高會(huì)使鋼在淬火后出現(xiàn)較多孿晶亞結(jié)構(gòu)，降低鋼的塑性和韌性，且C含量超過(guò)0.23％時(shí)，材料的焊接性能變壞，因此，本發(fā)明鋼中碳的含量選擇在0.105-0.30％之間。

鋁：Al是鐵素體形成元素，在C的分配過(guò)程中抑制滲碳體的形成，使逆轉(zhuǎn)變的奧氏體富C，有效提高逆轉(zhuǎn)奧氏體含量及穩(wěn)定性。作為輕量化元素加入鋼中可以降低鋼鐵材料的密度，也可以起到固溶強(qiáng)化的作用，并提高鋼的耐腐蝕性能。但是，為確保均化處理時(shí)奧氏體百分含量大于δ鐵素體，增大Al含量，需同時(shí)提高C、Mn、Ni奧氏體穩(wěn)定元素含量，材料成本增加，因此，本發(fā)明中鋁的含量選擇在2.00-6.00％之間。

錳：Mn是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，有利于奧氏體的穩(wěn)定性的提高，增加鋼種逆轉(zhuǎn)奧氏體的含量，可有效提高鋼的淬透性及強(qiáng)度和硬度。但是，Mn含量過(guò)多會(huì)使冶煉和軋制過(guò)程中出現(xiàn)偏析(與鋼中常規(guī)Mn偏析不同，為負(fù)偏析，出現(xiàn)δ鐵素體的貧Mn區(qū))，晶粒粗化趨勢(shì)增強(qiáng)，降低鋼的塑性和韌性，引起焊接惡化。因此，本發(fā)明中錳的含量選擇在1.50-4.00％之間。