[發(fā)明專利]一種Fe-Mn-Al-C-Cr-Mo輕質(zhì)耐熱鋼及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011135813.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112375992B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 惠希東;白瑞;劉旭莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/38
• 分類號(hào): C22C38/38;C22C38/06;C22C38/22;C22C30/00;C22C33/04;C21D1/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明公開(kāi)了一種Fe?Mn?Al?C?Cr?Mo輕質(zhì)耐熱鋼及其制備方法，適合600℃構(gòu)件使用，屬于金屬材料領(lǐng)域。其特征在于合金化學(xué)成分按原子百分比為：Fe41～53％，Mn18～28％，Al18～23％，Cr2.0?6.0％，C4.0～5.0％，Mo0.1～1.5％。該耐熱鋼可采用感應(yīng)熔煉或電弧熔煉方法，經(jīng)過(guò)固溶和失效處理后，室溫拉伸強(qiáng)度可達(dá)1030MPa，經(jīng)過(guò)600℃時(shí)效處理后，耐熱鋼的抗拉強(qiáng)度可1079MPa。在600℃下的高溫拉伸強(qiáng)度可達(dá)547MPa。固溶處理工藝是，加熱溫度為1000～1100℃，保溫0.5～4h，然后水淬。時(shí)效處理工藝是，加熱溫度為450～650℃，保溫0.5～48h，然后空冷至室溫。該合金鋼具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐熱耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可用于交通、機(jī)械和能源等工業(yè)領(lǐng)域的耐熱構(gòu)件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適合600℃構(gòu)件使用的低密度低成本高性能耐熱鋼及其制備方法，屬于金屬材料及其制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Fe-Mn-Al-C合金最早于1958年由Ham等開(kāi)發(fā)，該系列合金具有密度低、優(yōu)異的室溫及低溫力學(xué)性能、良好的抗氧化和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。Fe-Mn-Al-C合金體系已在多個(gè)領(lǐng)域顯示出了廣泛的應(yīng)用前景，特別是在汽車工業(yè)領(lǐng)域，F(xiàn)e-Mn-Al-C低密度鋼引起人們的極大關(guān)注。

目前能夠工程化應(yīng)用的Fe-Mn-Al-C低密度鋼成分設(shè)計(jì)還是以Fe為主組元，Mn和Al作為降低密度的元素。為了兼顧合金的力學(xué)性能，該合金系中的Mn、Al和C的添加還要受到一定限制。迄今為止，該系列合金的密度基本都在6.8～7.2g/cm³左右，比傳統(tǒng)合金鋼密度降低約10％左右。如何進(jìn)一步降低合金的密度，以進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排的目的，尚需采用新的合金成分設(shè)計(jì)方法。另一方面，現(xiàn)有耐熱鋼和耐熱鑄鐵，雖然種類很多，但是，能夠滿足600℃構(gòu)件使用的耐熱鋼密度均在7.5g/cm³以上，隨著交通運(yùn)輸、能源動(dòng)力和環(huán)境保護(hù)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高溫下使用的輕質(zhì)耐熱鋼的需求也越來(lái)越迫切。由于傳統(tǒng)低密度鋼的研究重點(diǎn)集中于降低密度與合金的強(qiáng)韌化方面，對(duì)其高溫力學(xué)性能的研究相對(duì)較少，因此，進(jìn)一步發(fā)展密度更低和耐熱性能好的Fe-Mn-Al-C合金對(duì)填補(bǔ)當(dāng)前輕質(zhì)耐熱鋼的空白就具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)有低密度鋼基礎(chǔ)上，發(fā)展一種適合600℃構(gòu)件使用的低密度鋼。本發(fā)明的目標(biāo)是將鋼的密度降低至現(xiàn)有耐熱鋼的80％(6.3～6.5g/cm³)左右，解決密度與鋼的高溫?zé)釓?qiáng)性的良好匹配問(wèn)題，同時(shí)，為了有利于合金的推廣應(yīng)用，大幅度降低合金的成本，該合金采用常規(guī)金屬元素，不含貴金屬。該發(fā)明的核心是通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)出合理的相組成，使合金在高溫下具有良好的組織穩(wěn)定性和理想強(qiáng)化相，并通過(guò)制定合理的熱加工和固溶時(shí)效熱處理工藝制度，在保證良好加工性能前提下，獲得合理的組織結(jié)構(gòu)，從而為合金在高溫條件下具有優(yōu)異強(qiáng)度韌性保證。因此，本發(fā)明解決的關(guān)鍵技術(shù)是合金元素的選擇與成分配比，固溶時(shí)效處理工藝的優(yōu)化。提供一種低密度、良好高溫強(qiáng)度、低成本Fe-Mn-Al-C-Cr-Mo鋼及其制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種Fe-Mn-Al-C-Cr-Mo輕質(zhì)耐熱鋼，其特征在于合金化學(xué)成分按原子百分比為：Fe41～53％，Mn18～28％，Al18～23％，Cr2.0-6.0％，C4.0～5.0％，Mo0.1～1.5％。

進(jìn)一步地，所述合金化學(xué)成分按原子百分比優(yōu)選范圍為：Fe48～53％，Mn18～20％，Al18.5～22.5％，Cr4-6％，C4.0～4.3％，Mo0.1～0.8％。該合金系列經(jīng)過(guò)1100℃/0.5h水淬固溶處理后，室溫拉伸強(qiáng)度可達(dá)1030MPa；經(jīng)過(guò)600℃/2h處理后的抗拉強(qiáng)度可達(dá)1079MPa。

進(jìn)一步地，合金化學(xué)成分按原子百分比優(yōu)選范圍為：Fe50～53％，Mn19～20％，Al18.5～20.5％，Cr4-5％，C4.3～4.6％，Mo0.2～0.5％。該合金系列經(jīng)過(guò)1100℃/1h水淬固溶處理后，在600℃下的拉伸強(qiáng)度可達(dá)547MPa。