[發明專利]超高強度低密度鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 202011301882.7
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112410680A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張永健;謝志奇;惠衛軍;趙曉麗
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/06;C22C38/16;C22C38/08;C22C38/12;C21D8/06;C21D1/18
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種超高強度低密度鋼及其制備方法。超高強度低密度鋼包含以下合金成分，以質量百分比計為：C 0.9?1.20％；Mn 22?26％；Al 9?11％；Cu 0.15?0.35％；P≤0.010％；S≤0.005％.余量為Fe和不可避免的雜質元素。制備方法包括：冶煉過程：將按照各種合金成分的質量百分比組成的金屬粉末料倒入真空冶煉爐里，進行加熱熔化得到金屬液；鑄造過程：將冶煉得到的金屬液倒入鑄造模具中進行冷卻處理，得到低密度鋼鑄胚；鍛造過程：將低密度鋼鑄胚加熱到1200℃?1220℃，初鍛成50×50mm的中間坯，終鍛成的圓棒；熱處理過程：將鍛造得到的試驗鋼圓棒分為兩組，一組采用固溶水淬處理，另一組采用時效處理。本發明提供了一種密度低于≤6.6g/cm3的奧氏體基低密度鋼，綜合力學性能非常優異，具有良好的應用前景和市場價值。

技術領域

本發明涉及低密度鋼技術領域，尤其涉及一種超高強度低密度鋼及其制備方法。

背景技術

隨著環保意識的提高，越來越多的環保型工業產品被研發出來投入應用，汽車產業也是如此。汽車用鋼歷經多代發展，低密度高強度鋼越來越受到大家的重視。尤其是Fe-Mn-Al-C系輕質鋼，由于Al的大量加入，使其密度大量下降。Al對層錯能的影響尤其嚴重，這導致低密度高強鋼的強韌化機理變得十分復雜。高Al的添加量使高溫鐵素體會更加穩定而保留在組織內，同時會產生其他更加復雜的第二相，諸如κ-碳化物、DO3有序相、B2金屬間化合物等。而其中，κ-碳化物的存在尤其影響最終的性能，分布在晶內的κ-碳化物在淬火時由Spinodal分解產生，不僅能提高材料的強度，且不會帶來塑性損失。而當κ-碳化物在晶界析出，且長大成粗大的碳化物，就明顯增加了材料的脆性。

現階段，低密度鋼的研究還處于探索初期，相關的各種理論還有待完善。學術界研究的對象主要包括雙相低密度鋼和單相低密度鋼，其中，單相低密度鋼包括：鐵素體單相低密度鋼和奧氏體單相低密度鋼。奧氏體基低密度鋼展現出更高的強度上限以及性能的均衡性，前景非常關闊，受到的關注度也最高。最重要的便是，當Al含量達到一定程度時(Al7％)，層錯能便會急劇升高，其內部的強化機制便會由普通的TRIP和TWIP效應轉化為MBIP，即所謂的“微帶誘導塑性”，這一獨特的強韌化機制使奧氏體低密度鋼受到眾多研究者的關注。但眾多研究者的研究對象集中在軋制處理得到的試驗鋼，無論是冷軋還是熱軋，對于低密度鋼鍛件的研究較少，特別是針對高錳含量低密度鋼鍛造方法還不成熟，這主要是高錳鋼在鍛造方面本身存在諸多的問題如鍛造裂紋等亟需解決，而低密度鋼在高Al含量之后鍛造的難度便進一步上升。

現有技術中的一種方案提出了一種Al含量在4.5-7.5％，并添加Cr+Mo+Ni+Cu等合金元素的熱軋低密度鋼，通過調控加熱及保溫處理，使其內部的碳化物呈現出球狀或短棒狀的形態，進而改善試驗鋼的韌性和機械加工性能。該方案的缺點為：該方案得到的熱軋低密度鋼的強度不夠高，Al的添加量也相對較低即密度降低水平不夠理想(無法滿足輕量化要求)，并且，強塑積的水平依然有提高的空間。

現有技術中的另一種方案提出了一種高Al高C的Fe-Mn-Al-C系低密度鋼，強塑積優異(高于50GPa.％)，基體組織為奧氏體+鐵素體+κ-碳化物。采用多次熱軋加冷軋的方式獲得了奧氏體加鐵素體加κ-碳化物的相組成，力學性能也相對較優異。該方案的缺點為：該方案的工藝相對較為復雜，工業化生產操作性低，應用前景小，只適用于小規模實驗室研究。

綜上可知，迫切需要一種針對高錳高Al含量低密度鋼成分和鍛造熱處理工藝設計，來滿足未來科研及工業生產需求。

發明內容

本發明的實施例提供了一種超高強度低密度鋼及其制備方法，以克服現有技術的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。