[發(fā)明專利]一種微合金化高強(qiáng)韌低密度鋼及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110212848.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN113088826B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹文全;王存宇;俞峰;徐海峰;許達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/04
• 分類號(hào): C22C38/04;C22C38/06;C22C38/12;C22C38/14;C22C38/16;C22C38/38;C22C38/34;C22C38/26;C22C38/28;C22C38/24;C22C38/22;C22C38/32;C22C38/20;C21D8/06
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

一種微合金化高強(qiáng)韌低密度鋼及其制備方法，通過(guò)在Fe?Mn?Al?C合金系的鐵基奧氏體微觀組織結(jié)構(gòu)分布以下微合金化元素中的一種或多種：V，Nb，Ti，Mo，且所述微合金化元素與所述Fe?Mn?Al?C合金系中的C在奧氏體晶粒中和/或奧氏體晶界中以碳化物析出，有利于實(shí)現(xiàn)低密度鋼的高強(qiáng)韌和低密度的有效結(jié)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Fe-Mn-Al-C系奧氏體低密度鋼技術(shù)，特別是一種微合金化高強(qiáng)韌低密度鋼及其制備方法，通過(guò)在Fe-Mn-Al-C合金系的鐵基奧氏體微觀組織結(jié)構(gòu)分布以下微合金化元素中的一種或多種：V，Nb，Ti，Mo，且所述微合金化元素與所述Fe-Mn-Al-C合金系中的C在奧氏體晶粒中和/或奧氏體晶界中以碳化物析出，有利于實(shí)現(xiàn)低密度鋼的高強(qiáng)韌和低密度的有效結(jié)合。

背景技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外汽車、火車等用鋼鐵材料，礦山機(jī)械、大型運(yùn)輸機(jī)械所用耐磨材料，航空航天用高性能鋼鐵材料，大型艦船用高強(qiáng)韌鋼材及各種裝甲等鋼鐵材料都對(duì)材料的輕量化提出了更高要求。目前幾種方法被用來(lái)解決高強(qiáng)零部件的輕量化。一是目前廣泛應(yīng)用的通過(guò)大幅度提高強(qiáng)度來(lái)降低零部件用鋼厚度，但該種方法受到零部件剛度影響，而無(wú)法大幅度提高輕量化。另外一種就是用Al和Mg等輕質(zhì)合金材料替代密度較高的鋼鐵材料。但相對(duì)于傳統(tǒng)鋼鐵材料，目前Al和Mg等輕質(zhì)材料存在成本高和強(qiáng)度低的問(wèn)題。因此如何實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鋼鐵材料密度降低，同時(shí)保持傳統(tǒng)鋼鐵材料的高強(qiáng)度是未來(lái)鋼鐵材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。新型低密度和高強(qiáng)度兼顧的鋼鐵材料，賦予了從密度降低和強(qiáng)度提高兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)輕量化，是未來(lái)航空航天、礦山機(jī)械、交通運(yùn)輸和海洋裝備等高端裝備領(lǐng)域輕量化方向的理想材料之一。

低密度鋼(low density steel)或輕質(zhì)鋼(light weight alloy)是通過(guò)向鋼中加入Al、Si、Mn等輕量化合金元素固溶于鋼中形成置換固溶體，在降低了摩爾質(zhì)量同時(shí)增大晶格常數(shù)，從而顯著降低鋼的密度。Fe-Mn-Al-C系奧氏體鋼不僅具有更低的密度(≤6.5-7.0g/cm³)，還具有優(yōu)異的力學(xué)性能，即抗拉強(qiáng)度與塑性的乘積≥50GPa％。但是眾多文獻(xiàn)報(bào)道的低密度鋼是完全奧氏體組織，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均比較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)低密度與高強(qiáng)度相結(jié)合的輕量化。為了進(jìn)一步提升零部件減重效果，不僅需要通過(guò)密度減小而減重，還需進(jìn)一步提升低密度鋼的強(qiáng)度，即通過(guò)提高強(qiáng)度減小零部件鋼板厚度減薄和通過(guò)低密度實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減重。為了提高低密度鋼強(qiáng)度，可以在低密度鋼中加入微合金化元素，實(shí)現(xiàn)微合金化析出強(qiáng)化和析出細(xì)化組織而最終提高低密度鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。眾所周知，Nb、V和Ti微合金化產(chǎn)生析出，可以細(xì)化晶粒尺寸和析出強(qiáng)化。但微合金化的析出現(xiàn)象還沒(méi)有在傳統(tǒng)奧氏體鋼中報(bào)道，更沒(méi)有在低密度鋼報(bào)道。

本發(fā)明人基于以上分析，提出了以Fe-Mn-Al-C為低密度鋼的主體合金元素，以Nb-V-Ti-Mo為提升強(qiáng)度的輔助添加元素的新型低密度鋼合金化設(shè)計(jì)思路，提出冶煉、熱軋和固溶處理等制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低密度鋼的高強(qiáng)韌和低密度有效結(jié)合，為航空航天、高鐵、汽車、機(jī)床等高端裝備零部件的輕量化和高安全性提供低密度高強(qiáng)韌性鋼鐵材料，大幅提升鋼鐵材料輕量化潛力。有鑒于此，本發(fā)明人完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種微合金化高強(qiáng)韌低密度鋼及其制備方法，通過(guò)在Fe-Mn-Al-C合金系的鐵基奧氏體微觀組織結(jié)構(gòu)分布以下微合金化元素中的一種或多種：V，Nb，Ti，Mo，且所述微合金化元素與所述Fe-Mn-Al-C合金系中的C在奧氏體晶粒中和/或奧氏體晶界中以碳化物析出，有利于實(shí)現(xiàn)低密度鋼的高強(qiáng)韌和低密度的有效結(jié)合。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種微合金化高強(qiáng)韌低密度鋼，其特征在于，在Fe-Mn-Al-C合金系的鐵基奧氏體微觀組織結(jié)構(gòu)中包括以下微合金化元素中的一種或多種：V，Nb，Ti，Mo，所述微合金化元素與所述Fe-Mn-Al-C合金系中的C在奧氏體晶粒中和/或奧氏體晶界中以碳化物析出。