CN103820735B - 一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超高强度C‑Al‑Mn‑Si系低密度钢；按重量百分比，其组成包括：并包括以下元素中的一种或几种：且该组成的剩余部分为Fe和杂质；本发明的低密度钢的抗拉强度≥800MPa，密度≤7.4g/cm3，具有良好的强度和密度配合。本发明还公开了该低密度钢的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域。更具体地，涉及一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢。
背景技术
为了降低车辆、飞机等交通工具的自重，进而以减少CO2的排放量并节约能源，世界范围内开始关注新一代钢铁材料。主要是从两个方面来提高钢铁材料的性能。一方面是通过提高钢的强度、塑性和韧性以补偿构件尺寸的减小。目前这种钢的强度可达到800～2000MPa级别，但是这种钢的密度一般为7.8g/cm3，这使得通过减小构件尺寸来降低工具重量的程度很有限。另一方面是通过降低钢的密度，向钢中加入C、Al、Si等降低钢密度的元素。研究表明，当Al的含量达到8.5%时，钢的密度可以减至7.0g/cm3。但当钢的密度减小到一定程度时，钢的强度会降低。已经有公司申请了专利，例如，于西纳公司申请了“很超高强度和低密度热轧薄钢板及其制造方法”（CN1688725A），以及安赛乐米塔尔法国公司申请了“具有良好可压延性的低密度钢”（CN101755057A），但是两个专利获得的钢的强度均在400～1000MPa级别之间，这使得通过减小钢件密度来降低工具重量的程度也受到了限制。
因此，需要提供一种既能保证强度密度又小的钢材料。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢；本发明的低密度钢的抗拉强度≥800MPa，密度≤7.4g/cm3，具有良好的强度和密度配合；本发明采用的合金元素简单，符合我国的资源现状；本发明的低密度钢可以应用到车辆、飞机等交通工具减轻自重，符合我国节能减排的发展战略。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢的制备方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢，按重量百分比，其组成包括：
并包括以下元素中的一种或几种：
该组成的剩余部分为Fe和杂质。
所述杂质为冶炼、铸造、锻造或轧制中产生的不可避免的杂质。
优选地，所述低密度钢中，所含Mn与Al的重量百分比之比值不小于2.3。
优选地，所述低密度钢中，所含Al与Si的重量百分比之和不小于5%。
为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢的制备方法，包括以下步骤：
1）提供具有根据上述组成之一的钢；
2）在900～1200℃均匀化处理，然后水冷至室温；
3）在300～600℃时效处理2～50小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢。
步骤1）中的钢可经常规的冶炼、铸造、锻造或轧制等得到。
优选地，所述步骤2）中在900～1200℃均匀化处理1～4小时。
优选地，所述步骤3）中在300～600℃时效处理2～50小时。
本发明是以C-Al-Mn-Si为主要合金元素，添加的Mn促进奥氏体的形成以便通过热处理获得更多的相，添加的C促进奥氏体形成并析出碳化物达到析出强化效果，添加Si可以辅助Al降低钢的密度；本发明还添加Cr、Ni、Mo、V、Nb和Ti中的一种或多种，有利于改变钢的相组成，提高钢的强度。
本发明的有益效果如下：
本发明的低密度钢的抗拉强度≥800MPa，密度≤7.4g/cm3，具有良好的强度和密度配合；
本发明采用的合金元素简单，符合我国的资源现状；
本发明的低密度钢可以应用到车辆、飞机等交通工具减轻自重，符合我国节能减排的发展战略，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
表1各实施例中钢的组分重量百分比（其余为Fe和杂质）
| 实施例 | C | Al | Mn | Si | Cr | Ni | Mo | V | Nb | Ti |
| 1 | 0.28 | 3.00 | 6.90 | 2.00 | 0.55 | 0.60 | 0.25 | 0.06 | 0.02 | 0.01 |
| 2 | 0.32 | 4.23 | 9.83 | 1.22 | 0.80 | 0.44 | 0.28 | 0.10 | 0.02 | 0.015 |
| 3 | 0.42 | 5.17 | 13.25 | 1.53 | 0.32 | 0.32 | 0.24 | 0.08 | 0.02 | 0.02 |
| 4 | 0.56 | 6.79 | 18.08 | 0.45 | 0.45 | 0.28 | 0.29 | 0.08 | 0.06 | 0.01 |
| 5 | 0.63 | 8.82 | 20.34 | 1.78 | 0.28 | 0.17 | 0.30 | 0.04 | 0.04 | 0.008 |
| 6 | 0.76 | 9.45 | 22.15 | 0.01 | 0.58 | 0.32 | 0.07 | 0.02 | 0.001 | 0.001 |
| 7 | 0.88 | 11.12 | 25.98 | 0.01 | 0.01 | 0.60 | 0.12 | 0.001 | 0.01 | 0.001 |
| 8 | 1.15 | 12.00 | 27.60 | 0.01 | 0.15 | 0.01 | 0.01 | 0.001 | 0.001 | 0.001 |
实施例1
按表1中各组分进行常规冶炼，轧制成2mm薄板；
在1050℃均匀化1小时，然后水冷至室温；
之后在300℃时效2小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢板。
实施例2
按表1中各组分进行常规冶炼，轧制成列车车轮；
在900℃均匀化4小时，然后水冷至室温；
之后在400℃时效8小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢车轮。
实施例3
按表1中各组分进行常规冶炼，轧制成10mm薄板；
在1000℃均匀化2小时，然后水冷至室温；
之后在500℃时效20小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢板。
实施例4
按表1中各组分进行常规冶炼，锻造成60mm圆棒；
在1150℃均匀化4小时，然后水冷至室温；
之后在600℃时效18小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢棒。
实施例5
按表1中各组分进行常规冶炼，轧制成2mm薄板；
在1200℃均匀化4小时，然后水冷至室温；
之后在550℃时效4小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢板。
实施例6
按表1中各组分进行常规冶炼，铸造成30×30mm方坯；
在1100℃均匀化4小时，然后水冷至室温；
之后在450℃时效8小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢坯。
实施例7
按表1中各组分进行常规冶炼，轧制成8mm薄板；
在1200℃均匀化2小时，然后水冷至室温；
之后在550℃时效50小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢板。
实施例8
按表1中组分，经常规冶炼后，轧制成6mm薄板；
在1150℃均匀化2小时，然后水冷至室温；
之后在550℃时效48小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢板。
通过万能拉伸试验机参考GB/T228.1-2010国家标准的规定，测定各实施例试样的力学性能；利用精密天平测定钢的密度。
表2各实施例的钢制品的抗拉强度和密度
| 实施例 | 抗拉强度，MPa | 密度，g/cm3 |
| 1 | 1350 | 7.35 |
| 2 | 1230 | 7.25 |
| 3 | 1035 | 7.13 |
| 4 | 960 | 6.99 |
| 5 | 975 | 6.73 |
| 6 | 1125 | 6.74 |
| 7 | 1050 | 6.57 |
| 8 | 980 | 6.47 |
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢的制备方法，其特征在于，按重量百分比，所述超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢由以下元素组成：
该组成的剩余部分为Fe和杂质；
所述超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢由以下步骤制备得到：
1)提供具有前述组成的钢；
2)在900～1200℃均匀化处理，然后水冷至室温；
3)在300～600℃时效处理2～50小时，然后水冷至室温，得到超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢。
2.根据权利要求1所述的超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢的制备方法，其特征在于，所述低密度钢中，所含Mn与Al的重量百分比之比值不小于2.3。
3.根据权利要求1所述的超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢的制备方法，其特征在于，所述低密度钢中，所含Al与Si的重量百分比之和不小于5％。
4.根据权利要求1所述的超高强度C-Al-Mn-Si系低密度钢的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中在900～1200℃均匀化处理1～4小时。
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