[發明專利]一種輕質高強鋼及半固態液芯鍛造方法

有效

• 申請號: 201911423577.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111041371B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 王開坤;吳永強;胡志強
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C21D7/13;B22D27/04
• 代理公司: 北京德和衡律師事務所 11405
• 代理人: 樊培偉;李穎

本發明屬于輕質鋼材制備領域，獲得一種低密度、高強度、高韌性、組織均勻細小的鋼坯。具體涉及該種輕質鋼材的成分設計及制備工藝。其特征在于所述輕質鋼坯具體化學成分質量百分比：C:0.30％?0.40％、Si:0.40％?0.60％、Mn:18.0％?22.0％、Al:6.0％?9.0％、S:0.0％?0.005％、P:0.0％?0.003％,余量為Fe。本發明的制備工藝步驟包括根據所述的化學成分進行冶煉，將所鑄造坯料經過頂部噴淋冷卻、高溫脫模、1200℃均熱、帶液芯鍛造，獲得具有低密度、高強韌性、組織均勻細小的坯料。

技術領域

本發明屬于輕質高強鋼制備技術領域，具體涉及一種輕質高強鋼及半固態液芯鍛造方法。

背景技術

隨著社會的發展，人們越來越意識到減少環境污染和降低能源消耗對人類生存的重要性。鋼鐵生產是高污染、高能耗過程，為了使鋼鐵行業綠色循環發展、提高鋼鐵材料的生命周期，對傳統鋼鐵材料升級換代的需求顯得尤為迫切。本發明涉及研發一種高強度、高韌性、輕量化的先進鋼鐵材料和一種短流程的綠色制造方法，該方法將成為未來鋼鐵工業的一個新的發展方向。

目前主要研究思路是通過在Fe基體中添加較多的輕質元素如Al、Mn、Si等進行合金成分設計降低鋼材密度，鍛造含有液芯的鑄坯打碎其芯部粗大組織達到改善鋼材組織均勻性的目的。完成對輕質鋼材相圖的熱/動力學計算，研究各有序析出相的元素配分和析出行為(特征、形態、大小)、析出相對鋼材組織演變與強韌性機制的影響，調配析出相構成、形態來平衡鋼材的強度和韌塑性，從而使鋼材具有高的強塑積和低的密度，同時保證鋼材具有良好的焊接性能。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種輕質高強鋼及半固態液芯鍛造方法，通過合理控制高錳高強鋼的合金成分及生產工藝，控制鋼中組織含量及分布，獲得高強韌性的低密度輕質鋼材。

為解決以上問題，本發明提供如下技術方案：

一種輕質高強鋼，所述輕質高強鋼的化學成分按質量百分比為:

優選地,所述輕質高強鋼的密度為6.81-7.10g/cm³，Mn、Al含量的增加是鋼的密度降低的主要原因，由于后期開坯是通過半固態液芯鍛造技術完成的，低熔點的Mn、Al不影響方坯凝固過程。

本發明還提供一種輕質高強鋼的半固態液芯鍛造方法，包括如下步驟：

(1)根據所述的化學成分進行冶煉，根據合金成分不同，控制合金熔液的鑄造溫度在1470～1530和鑄造速度150-180mm/min；

(2)鑄坯頂部采用噴淋裝置快冷，待冒口完全凝固后，脫模；通過調整噴淋裝置冷卻水速度0.8-2m³/h，冷卻時間為20-60min，最終得到體積為1000×1000×1000mm³，液相率在18-26％之間的方坯；

(3)將上述方錠裝入均熱爐進行加熱，均熱溫度在1200℃保溫0.5-2h，提高鑄坯表面溫度至始鍛溫度，精確控制鑄錠的表面溫度與芯部溫差控制在300℃以內，使液芯位于方錠中心，液芯率保持在10-15％準備鍛造；

(4)對方錠進行三向鍛造，每次壓下量為20-30％，使得每道次鐓粗過程中，固相凝固前沿的枝晶充分破碎，破碎的枝晶漂浮在凝固前沿，在固、液相兩相之間形成半固態區，通過多次三向鍛造，固相凝固前沿的半固態區逐漸凝固，并向鋼錠中心移動，直至液相完全以半固態相存在，并逐漸凝固，開坯鍛造結束時中心液相完全凝固。

本發明的上述方案至少包括以下有益效果：

(1)具有優良的綜合力學性能，本發明經過液芯鍛造后鋼坯具有強度與塑性的良好組合，高強度、高斷后伸長率。