[發明專利]一種低密度Fe-Mn-Al-Ni-C鋼板及制備方法

在審

• 申請號: 202310044910.9
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN116121658A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張福利;郭瑞華;齊紫陽;張大偉;王博祥;石玉龍;潘文生;師利鋒;趙燕青;李生建
• 申請（專利權）人: 河鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/06
• 分類號: C22C38/06;C22C38/58;C22C33/06;C21D1/26;C21D6/00;C21D8/02
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 曹淑敏

一種低密度Fe?Mn?Al?Ni?C鋼板及制備方法，屬于低密度鋼技術領域。其化學成分及質量含量為C:1.2～1.5%、Mn:18～20%、Al:8～10%、Ni:8～10%、Cr:0.3～0.5%、S≤0.006%、P≤0.010%，余量為鐵和不可避免的雜質。其制備方法包括①真空熔煉至成分合格后澆鑄成錠；②脫模后在1180±20℃單道次大壓下軋制，軋后緩冷；③升溫至1130±10℃再結晶，得到ASTM4～5級晶粒；④1080±20℃軋制，水冷至室溫；⑤400±10℃保溫10～15min，空冷。本發明鋼板室溫下為單相奧氏體組織，密度低，在300℃仍具有優異的力學性能。

技術領域

本發明屬于低密度鋼技術領域，涉及一種低密度Fe-Mn-Al-Ni-C鋼板及制備方法。

背景技術

研究表明：汽車油耗與自重成線性關系，汽車自重每減少10％，油耗可降低6～8％，而每減少1L的油耗，將會少排放2.45kg的CO₂。所以，汽車輕量化能顯著緩解日益短缺的能源狀況，也能改善日益惡化的環境狀況。

目前，實現汽車輕量化主要兩種途徑：一是采用輕質材料，如鋁、鎂合金、工程塑料或碳纖維復合材料等；二是采用薄規格高強度鋼替代厚規格普通鋼材。鋁合金等輕質材料雖具有較好的減重潛力，但生產成本高、成型工藝難，目前僅應用于汽車變速器、發動機等零部件以及特種車輛的車身制造中。與此同時，低成本、高性能的高強度鋼則表現出很強的優勢，也具備可觀的減重潛力，可滿足車身輕量化的要求。

研究表明，通過向高強度鋼中加入一定含量的鋁元素，在合理的工藝控制下，可得到集低密度與高強度性能于一體的汽車用鋼板。

含鋁的高強汽車鋼有高錳的Fe-(25～30)Mn-(2～4)Al-(2～4)Si體系的TWIP鋼、Fe-(18～28)Mn-(9～12)Al-(0.7～1.2)C體系的SIP鋼以及中錳的Fe-8Mn-5Al、Fe-11Mn-4Al-0.2C等鋼種，其室溫組織為單相奧氏體或奧氏體-鐵素體雙相組織，確保了鋼板具有較高的強度、韌性和成型性。

由于高強度鋼板卓越性能，未來在汽車上具有可觀的使用量，世界各國也在積極進行相關研究，韓國浦項在此方面處于世界領先。我國的低密度高強度鋼研究開展較晚，且僅有“鑄態—鋼板”的工藝研究，缺乏冶煉方面的詳細報道，距離工業化任重道遠。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種低密度Fe-Mn-Al-Ni-C鋼板及制備方法，在傳統的Fe-Mn-Al-C體系中加入鎳結合合理的工藝設計，提高了Fe-Mn-Al-C鋼板的基體組織穩定性，確保了低密度材料在室溫和高溫下的強度和韌性。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種低密度Fe-Mn-Al-Ni-C鋼板，其化學成分及質量百分含量為：C:1.2～1.5％、Mn:18～20％、Al:8～10％、Ni:8～10％、Cr:0.3～0.5％、S≤0.006％、P≤0.010％，余量為Fe和不可避免的雜質元素。

所述鋼板為單相奧氏體組織，鋼板厚度為2.5～5mm，密度為6.8～7.0g/cm³，強塑積≥55GPa·％，

上述低密度Fe-Mn-Al-Ni-C鋼板的制備方法，包括真空熔煉、鑄坯大壓下、再結晶、軋制、退火工序；

(1)真空熔煉工序：按目標成分配料，將烘烤好的純鐵和電解鎳板加入坩堝內，底部鋪電解鎳，上部放純鐵；二次料倉裝入碳粉、金屬鉻、錳鋁鐵、鋁粒等合金，抽真空，開始送電熔煉；熔清后，升溫、精煉30～50min；之后關閉真空，充入氬氣，然后加入碳粉、金屬鉻，待完全熔清后，再加入錳鋁鐵合金，直至完全熔化，最后加入鋁粒，熔清后大攪，澆鑄成錠；

(2)鑄坯大壓下工序：真空錠趁熱脫模，在1180±20℃對鑄坯進行單道次大壓下軋制，軋后放入加熱爐中緩冷至室溫；