CN110306121A - 耐蚀性与比强度优异的轻钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐蚀性与比强度优异的轻钢及其制造方法。本发明涉及一种提高了耐蚀性及比强度的轻钢，具体地说，该轻钢包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质，在含有铝与锰的轻钢上添加铬及钼而提高钢铁的耐蚀性，不仅能适用于各领域，还能提供寿命得到延长的轻钢，为了解决添加铬及钼时可能会导致机械物性降低的问题而优化碳含量，从而能提高抗拉强度、展延性及比屈服强度之类的物性。

Description

耐蚀性与比强度优异的轻钢及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种提高了耐蚀性及比强度的轻钢，具体地说，该轻钢包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质。
【背景技术】
人们对安全基准、环境规制严格化、燃料效率提升的要求日益增高而促进了钢铁材料的轻量化研究。
先前技术为了实现钢铁产品的轻量化而使用了强度高于现有材料的钢铁材料并且采取了让其厚度变薄或减少零件尺寸的方法，但是该轻量化方法却存在着较大的制约，因此为了满足日益增高的轻量化需求而需要开发强度高而且比重低的，亦即，比强度(强度/比重)高的钢铁材料。
主要使用结构材料的产业针对该需求采取了以钛(Ti)及复合材料之类的新材料替代现有钢铁材料的措施，但该材料的制造成本高昂，因此需要开发出一种既能确保经济效益又具备上述效果的新材料。
为此，人们揭示了在现有的钢铁材料上添加可实现轻量化的元素铝(Al)的方法。凭借着作为置换型合金元素的铝的置换效果和晶格膨胀效果，不仅每1％的铝能减轻1.5％的比重，还能凭借着固溶强化及析出强化效果而使得添加了大量铝的轻钢的比强度相似于钛合金的比强度。因此，本产业以铝为主针对轻钢展开了积极研究。
含铝的轻钢可以分为铁素体系、双相系及奥氏体系，铁素体系钢铁的抗拉强度为400～600Mpa而伸长率为20～30％左右，具备了有限的抗拉强度及伸长率值，双相系及奥氏体系钢铁虽然抗拉强度及伸长率优异，但上述现有轻钢由于耐蚀性极度不足而难以适用于很多领域。
为了克服该制约，目前通过国家推动的课题针对可适用于新一代坦克、运输用轨道、汽车用钢板等的材料进行基础研究，目前为止研究的轻钢中含有最多有助于耐蚀性的合金元素的钢种是Fe-20Mn-Al-C-5Cr系，但PREN(耐点蚀当量指数，pitting resistanceequivalent number)值为较低的5而无法确保足够的耐蚀性。
而且，先前技术为了赋予耐蚀性而添加到钢铁的合金元素会降低奥氏体组织的稳定性而有害于机械物性或者反而让耐蚀特性下降，因此需要开发出一种既能维持奥氏体相的稳定性又能提高耐蚀特性的新钢铁合金。
【先前技术文献】
【专利文献】
注册专利第10-1094080号(2011.12.08注册)
注册专利第10-1140986号(2012.04.20注册)
【发明内容】
【解决的技术课题】
本发明的目的是提供一种提高了耐蚀性、抗拉强度、展延性之类物性的轻钢的化学成分及其制造方法，其为了提高包含铝与锰的轻钢的耐蚀性及比强度而添加铬、钼及碳。
【解决课题的技术方案】
可解决上述课题的本发明一个实施形态的轻钢包含碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)及不可避免的杂质。
上述轻钢可以包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质。
上述轻钢可以进一步包含0.55wt％以下的钒(V)，可以进一步包含5.1wt％以下的钴(Co)。
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(1)时的值可以是97以上，代入式(2)时的值可以是10.6以上，优选地，代入式(3)时的值为-0.1以上。
45.2+117.2C-3.831Ni-20.36Mo+4.25Cr-36.6C2-2.344Cr2+4.10Mo·Cr 式(1)
Cr+3.3(Mo+0.5(Si+W))+16N 式(2)
-0.3141+0.1042C-1.046Cr+1.048Mo+0.00714Cr2-0.5003Mo2+0.5076Cr·Mo 式(3)
而且，优选地，上述轻钢的伸长率(elongation ratio)为50％以上。
通过轧钢步骤得到上述轻钢，上述轧钢步骤可以在1000～1200℃的温度范围进行1～3小时。
可以通过上述轧钢步骤之后进行的均匀化热处理步骤得到上述轻钢，优选地，上述均匀化热处理步骤在1100～1200℃的温度范围进行1～3小时。
而且，通过在上述均匀化热处理步骤之后进一步进行的时效热处理步骤得到上述轻钢，上述时效热处理步骤可以在HP(Hollomon Jaffe parameter)值为15.7～16.1的热处理温度及时间条件下进行，具体地说，优选地，在500～550℃的温度范围进行2～6小时。
另一方面，本发明的另一个实施形态可以是该轻钢制造方法，其包括下列步骤：把包含碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)及不可避免的杂质的钢锭予以加热成型的轧钢步骤；及均匀化热处理步骤。
用于上述轧钢步骤的钢锭包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质。
上述轧钢步骤可以在1000～1200℃的温度范围进行1～3小时，上述均匀化热处理步骤可以在1100～1200℃的温度范围进行1～3小时，在上述均匀化热处理步骤之后可以进一步包含时效热处理步骤。此时，优选地，上述时效热处理步骤在HP(Hollomon Jaffeparameter)值为15.7～16.1的热处理温度及时间条件下进行，具体地说，优选地，在500～550℃的温度范围进行2～6小时。
上述钢锭能以0.55wt％以下的范围进一步包含钒(V)，能以5.1wt％以下的范围进一步包含钴(Co)。
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(1)时的值可以是97以上，代入式(2)时的值可以是10.6以上，优选地，代入式(3)时的值为-0.1以上。
45.2+117.2C-3.831Ni-20.36Mo+4.25Cr-36.6C2-2.344Cr2+4.10Mo·Cr 式(1)
Cr+3.3(Mo+0.5(Si+W))+16N 式(2)
-0.3141+0.1042C-1.046Cr+1.048Mo+0.00714Cr2-0.5003Mo2+0.5076Cr·Mo 式(3)
【有益效果】
本发明揭示了一种在含有铝与锰的轻钢上添加铬及钼而得以提高钢铁的耐蚀性而能够适用于各领域并且寿命得到延长的轻钢。
而且，为了解决添加铬及钼时可能会导致机械物性降低的问题而优化碳含量，从而能够提升抗拉强度、展延性及比屈服强度之类的物性。
【附图说明】
图1是示出实施例及比较例轻钢的相对于点蚀电位的比屈服强度的曲线图。
图2是示出根据实施例及比较例轻钢的相对于伸长率的比屈服强度的曲线图。
图3是示出基于含碳量的比屈服强度及伸长率的曲线图。
图4是示出基于含碳量的比屈服强度×伸长率的值的曲线图。
图5是示出碳、镍,钼及铬对于奥氏体体积分数的影响的曲线图。
图6是示出以式(1)计算出来的奥氏体的体积分数和实验例中测量的奥氏体的体积分数的关系的曲线图。
图7是示出针对奥氏体体积分数与PREN对于点蚀电位的影响的响应面分析结果的曲线图。
图8是示出针对含碳量与PREN对于奥氏体体积分数的影响的响应面分析结果的曲线图。
图9是示出针对奥氏体体积分数与含碳量对于抗点蚀的影响的曲线图。
图10是示出碳、钼及铬对于抗点蚀的影响的曲线图。
图11是示出以式(3)计算出来的抗点蚀与实验例中测量的抗点蚀的关系的曲线图。
图12是拍摄实施例3～实施例6试片的显微组织的光学照片。
图13是示出时效处理温度为500℃时基于处理时间的抗拉强度及伸长率变化的曲线图。
图14是示出基于奥氏体体积分数的比屈服强度与伸长率的曲线图。
【具体实施方式】
下面通过本发明的优选实施例详细说明本发明，在说明本发明时，本说明书及权利要求书中所用术语或词汇的解释不能限定于通常意义或词典意义，应该按照符合本发明之技术思想的含义与概念来解释。
在整个说明书中，当指称某一部分“包含”某一构成要素时，其指的是，除非特别记载了相反内容，否则其不排除其它构成要素而是还能包含其它构成要素。
在整个本说明书中，除非另外提及，否则为了表示特定物质的浓度而使用的“％”对于固体/固体意味着(重量/重量)％、对于固体/液体意味着(重量/体积)％、对于液体/液体则意味着(体积/体积)％。
下面详细说明本发明的提高了耐蚀性及比强度的轻钢及其制造方法。
本发明的一个实施例涉及一种提高了耐蚀性及比强度的轻钢，具体地说，该轻钢包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质。
上述轻钢可相比于整体重量地进一步包含钒(V)0.55wt％以下，还能进一步包含钴(Co)5.1wt％以下。
下面进一步具体说明构成本发明轻钢的元素与配比范围。
碳(C)
碳是钢铁中的间隙式固溶元素，其在调节钢的强度方面是必不可缺的元素，其发挥出稳定奥氏体的作用。本合金系以相比于整体重量的1.3～1.5wt％包含碳。
碳含量低于上述重量范围时，碳所致奥氏体的稳定化效果极小而无法抵消由于添加铬与钼而导致的钢强度下降，含量超过上述重量范围时，碳虽然会增加比屈服强度，但因为展延性急剧减少而使得钢铁的加工性下降，因此其含量在上述重量范围内较佳。
铝(Al)
铝发挥出铁素体稳定化效果。由于其固溶度较大而引起固溶强化，该元素在合金内通过铝置换效果与晶格膨胀效果实现合金的轻量化。
优选地，以相比于整体重量的8.5～10wt％包含该元素，含量低于上述重量％时，铝无法发挥出足够的轻量化效果，含量超过上述重量％时，降低奥氏体的体积分数而导致钢铁强度降低，因此其含量在上述重量范围内较佳。
锰(Mn)
该元素是引起固溶强化而让奥氏体稳定化的元素，热处理工艺有助于奥氏体的生成。
能以相比于整体重量的20～24wt％包含，含量低于上述重量％时，会让钢铁强度降低并且难以形成足够的奥氏体变态。含量超过上述重量％时，形成β-Mn相而降低机械物性，因此其含量在上述重量范围内较佳。
铬(Cr)
铬是为了提高钢铁耐蚀性而添加的元素。铬的铁素体稳定化效果会让奥氏体的相稳定性下降并且形成具有脆性的碳化物，因此会降低合金的机械物性。
优选地，以相比于整体重量的4～5.1重量％包含，含量低于上述重量范围时较难通过铬提高耐蚀性，含量超过上述重量范围时合金的机械物性会急剧降低，即使增加含碳量也无法解决该问题，因此其含量在上述重量范围内较佳。
钼(Mo)
钼和铬一样地为了提高钢铁的耐蚀性而添加，但是会降低奥氏体的相稳定性并且形成具有脆性的碳化物而降低钢铁的机械物性。
优选地，以相比于整体重量的2～4.16wt％包含钼，含量低于上述重量范围时较难通过钼提高耐蚀性，含量超过上述重量范围时合金的机械物性会急剧降低，因此其含量在上述重量范围内较佳。
钒(V)
钒和铁置换而提高抗拉强度，钒形成不溶性碳化物而提高高温硬度并且让晶粒细化，是本发明的合金系能进一步包含的元素。
以相比于整体重量的0～0.55wt％包含，含量超过上述重量范围时，所超出的钒含量对于抗拉强度及硬度的增加效果很小却会形成析出碳化物而降低强度及韧性，因此其含量在上述重量范围内较佳。
钴(Co)
钴溶解于基体而通过固溶强化发挥出基体强化效果，是一种提高耐蚀性并且有助于奥氏体的相稳定性的元素，能进一步包含在本发明的合金系。
以相比于整体重量的0～5.1重量％添加钴时能得到上述效果，以脱离上述重量范围的配比包含时，无法获得上述效果或无法通过所超过的含量进一步发挥出效果，因此其含量在上述重量范围内较佳。
本发明的轻钢除了上述成分之外，其余的成分实际上是由铁(Fe)构成的，亦即，只要不妨碍本发明的作用效果，包含不可避免的杂质在内的其它微量元素也应该被包含在本发明的范围。
上述轻钢符合表示奥氏体相分数的下列式(1)。该式是为了在后述的实验例利用实施例与比较例的试片以响应面分析法了解各合金元素对奥氏体体积分数的影响而导出的式。
45.2+117.2C-3.831Ni-20.36Mo+4.25Cr-36.6C2-2.344Cr2+4.10Mo·Cr 式(1)
上述式(1)的值达到97以上时，亦即，合金的奥氏体相分数高时不仅合金的抗拉特性与冲击韧性之类的机械物性优异，腐蚀特性也优异，因此能期待使用了符合该条件的材质的零件具备优异性能。例如，适用于发电零件时能提高发电效率，适用于汽车钢材及零件时能提高燃料消耗率与针对事故的稳定性。
而且，本发明轻钢不同于一般钢铁地添加了镍而导致抗拉特性降低，这是因为镍导致奥氏体的相分数减少而发生的现象，式(1)也示出了该特征。不仅如此，镍诱导铁素体及B2相的生成而使得各相的腐蚀电位差异导致腐蚀特性降低。
亦即，本发明的合金系添加了镍时合金的抗拉特性、冲击韧性及腐蚀特性会降低，优选地，本发明的轻钢尽量不包含镍。因此，如同以杂质元素的程度不可避免地包含镍一样地尽可能以包含最少量的配比制造以便防止抗拉特性、冲击韧性及腐蚀特性降低。
具体地说，优选地，在符合式(1)的范围内以0.1wt％以下的含量包含镍，虽然在调节其它元素的含量而尽量确保了奥氏体的相稳定性的条件下甚至可包含3.4wt％，但最好还是如前所述地尽量不包含镍。
另一方面，上述轻钢的以下列式(2)表示的耐点蚀当量指数PREN值为10.6以上，代入式(2)的值是各元素相比于整体合金重量的重量百分率值，如果是通过式(2)得到的值为较高的合金，其耐蚀性优异而能够应用于很多领域。
Cr+3.3(Mo+0.5(Si+W))+16N 式(2)
而且，把构成上述轻钢的元素的配比代入下式(3)后得到的抗点蚀值可以是-0.1以上，把本发明的合金系中构成合金的各元素的配比代入式(3)的值为-0.1时具备优异的抗拉特性及获得改善的耐蚀性，因此通过式(3)得到的值为-0.1以上较佳。
-0.3141+0.1042C-1.046Cr+1.048Mo+0.00714Cr2-0.5003Mo2+0.5076Cr·Mo 式(3)
本发明的合金系通过碳、钼及铬的含量的优化赋予了优异的抗拉特性及耐蚀特性，把该含量范围内一切可能的配比代入上述式(3)时的最小值为-0.1V，因此最优选地，符合上述两个特性的式(3)的值为-0.1V以上。
上述轻钢可以具有50％以上的伸长率。伸长率是以特定形状成型材料时最重要的产品物性，为了以各种形状成型而需要让伸长率为50％以上。
上述轻钢可以是通过在1000～1200℃的温度范围进行1～3小时的轧钢步骤和在1100～1200℃的温度范围进行1～3小时的均匀化热处理步骤得到的。
本发明能提供具有如前所述配比并且韧性、展延性、强度及耐蚀性优异的轻钢，尤其是，轻钢在上述重量范围内包含铬及钼而得以拥有现有轻钢所不具备的耐蚀性，如前所述地优化碳含量而得以防止因添加铬与钼而导致轻钢强度降低的现象。
另一方面，本发明的另一个实施例揭示了轻钢制造方法，具体地说，其包括下列步骤：把包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质的钢锭予以轧钢的步骤；及均匀化热处理的步骤；在上述均匀化热处理步骤之后还能进一步进行时效热处理。
上述制造方法所用钢锭的组成元素的配比、含量及对其进行限定而得到的效果如同前述实施例，因此下面将省略其说明。
首先，诸如电炉、真空感应熔化炉及大气感应炉中的某一个人造热源熔解金属后，把制钢作业时发生的氧、氢及氮之类的气体除掉即可备妥上述钢锭，此时，优选地，为了得到品质均匀的产品并且防止大气感应熔化时发生的氧化而使用真空感应熔化炉。
如此备妥的钢锭则被热轧后成型为板、棒、管、型钢等，热轧可以在1000～1200℃的温度范围进行，均热温度也相同。热轧在低于该温度范围的工艺条下进行时由于和终轧温度为止的温度间距窄而无法充分地轧到预设厚度，热轧在超过上述温度或时间范围的工艺条件进行时可能会发生高温脆性，因此在上述温度范围进行较佳。
而且，热轧具有1.5～2.5小时的均热时间，均热时间低于1.5小时时晶粒生长不足，超过2.5小时的话晶粒过度生长，因此优选地，符合上述均热时间条件地进行热轧工艺。
优选地，该热轧工艺的终轧温度为900℃以上，这是因为，在900℃以下进行终轧时会促进铁素体组织的混粒而使得加工性降低，轧钢荷重增加而对轧钢机造成负担并且对钢板内部的品质也造成恶劣影响。
热轧结束后可以进行以0.5℃/s以上的冷却速度冷却的步骤，此时，低于上述冷却速度地进行时会形成κ-碳化物及B2相等而导致韧性降低。
之后，可以进行均匀化热处理步骤，通过均匀化热处理步骤减少热加工中生成的不均匀组织并且能让合金元素完全固溶于奥氏体基体。
均匀化热处理步骤可以在1050～1200℃的温度范围进行，但是在1100℃以上的温度进行时可以防止因为铁素体相的生成而导致韧性降低的现象，优选地，可以在1100～1200℃的温度范围进行。优选地，该均匀化热处理进行30分钟～3小时。
可以在均匀化热处理步骤之后进一步进行时效热处理，优选地，时效热处理在以式(4)表示的HP值为15.7～16.1的热处理温度及时间条件下进行，在符合该条件的温度及时间条件下进行热处理时，钢材的最终比屈服强度会提高到140Mpa·cm3/g以上，与此同时，还能确保20％以上的伸长率。
HP＝T(20+log(t))/1000 式(4)
HP值脱离上述范围的温度及低于时间条件地进行热处理时无法充分地提高强度，在超过上述范围的条件下进行时会因为过时效反而导致强度降低，因此优选地，在上述工艺条件范围进行。此时，凭借时效处理获得较佳的物性改善效果并且HP值符合上述条件的具体温度条件可以是500～550℃而时间条件则可以是2～6小时。
下面制造本发明一个实施例的轻钢并且凭此说明本发明的具体作用与效果。但此为本发明的优选例而已，不得凭借实施例限定本发明的保护范围。
[制造例]
利用真空感应熔化炉把具备表1所示配比而其余则实际是由铁(Fe)构成的钢锭予以铸造，温度提高到1150℃进行热处理2小时后热轧成12mm的板材后予以冷却。重新提高温度到1150℃并且进行均匀化热处理2小时后予以冷却地准备了实施例1～6及比较例1、2轻钢试片。
之后，除了把均匀化热处理温度设定成1050℃后处理者以外，其余均和上述方法相同地进行而准备了比较例3～23。
【表1】
[实验例]
表2列出了上述制造例所准备的试片的最大抗拉强度(UTS)、屈服应力(YS)、伸长率(elongation)、夏比V缺口冲击试验(CVN)、密度、腐蚀电位(corrosion potential)、点蚀电位(pitting potential)、比屈服强度(SYS)及奥氏体体积分数的调查值。
比较例4、6、8及10在抗拉试验用试片发生龟裂，判断其即使进行抗拉试验也会得到接近0的值而没有另外进行抗拉试验。
【表2】
比屈服强度、点蚀电位及伸长率的比较分析
由表2的结果可知，所有试片的密度为6.7g/cm3左右而比一般钢铁产品的密度7.87g/cm3低了大约15％，可知其为轻量，完全符合本发明的配比及制造方法的实施例的试片在抗拉强度、屈服应力、伸长率、点蚀电位、比屈服强度之类的项目均具备优异的值，与此相反地，不符合本发明的配比及制造方法中的一个以上的比较例在一个以上的物性显著低于实施例。
为了更轻易地确认实施例及比较例的物性，图1示出了各试片的相对于点蚀电位的比屈服强度，图2示出了基于展延性的比屈服强度，比较了实施例与比较例轻钢的物性。请参阅图1，实施例中表示耐蚀特性的点蚀电位和表示强度的比屈服强度全部具备较高的值，与此相反地，比较例在两个物性中一个以上具备较低值而得知本发明的轻钢同时满足了耐蚀性改善与强度优异的两个特性。请参阅图2，实施例的展延性及比屈服强度全部优异，与此相反地，比较例的展延性非常低或展延性优异时比屈服强度较低。
基于含碳量的强度及伸长率的比较分析
图3示出了基于含碳量的比屈服强度及伸长率，为了综合性地判断伸长率与比屈服强度而在图4示出了基于碳含量的比屈服强度×伸长率。
请参阅图3，含碳量越增加比屈服强度越增加，尤其是，从1.3wt％以上时起具备100Mpa/g/cm3的高值，伸长率在碳含量为1.1～1.5wt％时呈现出优异值，但是超过了1.5wt％时展延性急剧降低。而且，图4也一样显示出碳含量为1.1～1.5wt％时具备优异的比屈服强度×伸长率值。
因此，钢铁的含碳量为本发明的范围1.3～1.5wt％时，可以得知具备100Mpa/g/cm3的高比屈服强度与优异的展延性。
合金元素对奥氏体的体积分数的影响
为了得知碳、钼及铬各自对奥氏体体积分数的影响而在图5示出了对于各元素含量的奥氏体体积分数的平均值，如图5所示，镍、钼及铬的含量越增加奥氏体体积分数越减少，尤其是镍与钼大约为4wt％以上或铬为5.5wt％以上时奥氏体体积分数急剧减少，与此相反地，奥氏体体积分数随着碳含量的增加而成比例地增加直到含碳量大约为1.5wt％为止。
之后，为了确认对奥氏体体积分数的抗拉特性的影响，作为钢铁的代表性冲击抗拉物性，求得了以比重把钢材受到抗拉应力后破损为止所吸收的能量予以标准化的(比屈服强度+比抗拉强度)/(2×伸长率)值并将其列示在表3，可以得知奥氏体的体积分数越增加上述特性越成比例地增加。此时，表3所示出的值中SUTS表示比抗拉强度(Specific Ultimate tensile Strength)。
【表3】
从表3的结果可知，上述物性通常在奥氏体的体积分数较高时具备较高的值，在示出了基于奥氏体体积分数的比屈服强度与伸长率的变化的图14也呈现出相同结果。
因此，需要让Fe-Al-Mn-Cr-Mo-C系轻钢具备优异的抗拉特性的话，奥氏体体积分数较高为佳，奥氏体体积分数受到碳、钼及铬含量的影响，因此需要一边增加碳含量一边同时优化钼及铬的含量。
为此，利用实施例与比较例的试片以响应面分析法导出基于各合金元素含量的奥氏体的体积分数的函数式后得到了式(1)。
45.2+117.2C-3.831Ni-20.36Mo+4.25Cr-36.6C2-2.344Cr2+4.10Mo·Cr 式(1)
图6示出了把实施例及比较例的配比代入式(1)后得到的奥氏体的体积分数和前面测量的奥氏体的体积分数的关系，凭此，可以得知通过式(1)算出来的奥氏体的体积分数与实际测量的奥氏体体积分数成正比，因此可以确定能通过式(1)预测奥氏体的体积分数。
本发明的合金系通过对碳、钼及铬的含量的优化赋予了优异的抗拉特性及耐蚀特性，把该含量范围内一切可能的配比代入上述式(1)时的最小值为97％，因此优选地，符合上述两个特性的式(1)的值为97％以上。
此时，从比较例1可以得知，即使式(1)的值为97％以上，只要构成合金的各元素的含量脱离了本发明的范围的话就可能会降低抗拉特性，优选地，应该把式(1)与各元素的含量设定在本发明的范围内。
基于奥氏体的体积分数与PREN值(式(2))的耐蚀性分析
为了查看基于奥氏体的体积分数与PREN值的部抗腐蚀性而利用表2的结果以响应面分析法进行分析并且将其结果列在图7。请参阅图7，可以得知奥氏体体积分数与PREN值越增加抗点蚀越增加，尤其是，奥氏体体积分数高而且PREN值为10.6以上时具备优异的抗点蚀值而得以显著提高合金的耐蚀性。
本发明的目的是在提高奥氏体的体积分数地提升抗拉特性的同时还赋予耐蚀特性，因此PREN值为10.6以上的值较佳。
另一方面，请参阅图8，可以得知碳的含量越增加并且PREN值越减少越能让奥氏体体积分数增加。为了提高耐蚀性而添加铬与钼地增加PREN值的话，奥氏体体积分数减少而使得抗拉特性降低，因此可以增加碳含量而防止抗拉特性降低，其可由图8得知，该效果在含碳量1.3wt％以上时显著。
而且，请参阅图9，可知以式(1)表示的奥氏体体积分数为97％的奥氏体系钢材并且碳含量范围位于本发明的范围内时具备优异的耐蚀性。
合金元素对于抗点蚀的影响
根据示出了碳、铬及钼各自对合金抗点蚀的影响的图10，对抗点蚀给予最大影响的元素是钼，尤其是，其含量为2～4.16wt％时具备最高的抗点蚀而赋予最优异的耐蚀性。
而且，利用前面准备的试片以响应面分析法分析碳、铬及钼与抗点蚀的关系的结果导出了式(3)。图11示出了各试片的抗点蚀测量值与利用式(3)算出来的抗点蚀计算值的关系，由于测量值与计算值处于比例关系而得以通过式(3)预测抗点蚀。
-0.3141+0.1042C-1.046Cr+1.048Mo+0.00714Cr2-0.5003Mo2+0.5076Cr·Mo 式(3)
本发明的合金系通过对碳、钼及铬的含量的优化赋予了优异的抗拉特性及耐蚀特性，把该含量范围内一切可能的配比代入上述式(3)时的最小值为-0.1V，因此最优选地，符合上述两个特性的式(3)的值为-0.1V以上。
钒的影响分析
从只有钒含量表现出显著差异的实施例3～实施例6可以得知，进一步添加了钒的实施例4与实施例5得到了抗拉强度值提高的效果。这是因为凭借钒形成稳定的钒-碳碳化物而在热处理时阻止晶粒生长，可以通过图12确认。因此，优选地，为了提高抗拉特性而进一步添加钒。
配比、式(1)～(3)的可行性评估
假设本发明所限定的合金元素的配比及式(1)～(3)各自符合97、10.6、-0.1以上的情形到全部不符合的情形的一切可能性，如果存在着相当于各情形的试片的话，把该试片的比屈服强度、伸长率、比屈服强度×伸长率及抗点蚀的测量结果列在表4。此时，配比、式(1)～(3)栏中符合各栏的限定范围时以“O”表示，否则以“X”表示。
【表4】
测量结果显示，完全符合配比与式(1)～(3)的最小值以上的实施例1的轻钢显示出机械物性及抗点蚀性都高，整体来说，不符合式(1)的最小值时机械物性较低，不符合式(2)及/或式(3)时抗点腐蚀性会降低。
此时，基于配比的物性变化可以通过比较例20与比较例23确认，基于式(1)的值的抗拉特性变化可以通过实施例1与比较例20确认，基于式(3)的变化则可以通过比较例21与比较例22确认。
因此，把碳、铝、锰、铬及钼作为合金元素包含的轻钢为了确保高机械物性与耐蚀特性而需要符合本发明所限定的条件并且由式(1)～(3)表示的值分别为97、10.6、-0.1以上较佳。
而且，具备如前所述的高机械物性与耐蚀特性的轻钢不仅具备经过延长的寿命，还能应用于各领域。
本发明并不限于前述特定实施例及说明内容，在没有脱离权利要求书所请求的本发明的主旨的情形下，本发明所属技术领域中具备通常知识者都能实行各式各样的变形，这些变形全部隶属于本发明的保护范围。

Claims (23)

1.一种轻钢，其特征在于，
包含碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的轻钢，其特征在于，
上述轻钢包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的轻钢，其特征在于，
以0.55wt％以下的范围进一步包含钒(V)。
4.根据权利要求2所述的轻钢，其特征在于，
以5.1wt％以下的范围进一步包含钴(Co)。
5.根据权利要求2所述的轻钢，其特征在于，
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(1)时的值为97以上，
45.2+117.2C-3.831Ni-20.36Mo+4.25Cr-36.6C2-2.344Cr2+4.10Mo·Cr 式(1)。
6.根据权利要求2所述的轻钢，其特征在于，
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(2)时的值为10.6以上，
Cr+3.3(Mo+0.5(Si+W))+16N 式(2)。
7.根据权利要求2所述的轻钢，其特征在于，
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(3)时的值为-0.1以上，
-0.3141+0.1042C-1.046Cr+1.048Mo+0.00714Cr2-0.5003Mo2+0.5076Cr·Mo 式(3)。
8.根据权利要求1所述的轻钢，其特征在于，
上述轻钢的伸长率为50％以上。
9.根据权利要求1所述的轻钢，其特征在于，
通过轧钢步骤得到上述轻钢，
上述轧钢步骤在1000～1200℃的温度范围进行1～3小时。
10.根据权利要求9所述的轻钢，其特征在于，
通过上述轧钢步骤之后进行的均匀化热处理步骤得到上述轻钢，
上述均匀化热处理步骤在1100～1200℃的温度范围进行1～3小时。
11.根据权利要求10所述的轻钢，其特征在于，
通过在上述均匀化热处理步骤之后进一步进行的时效热处理步骤得到上述轻钢，
上述时效热处理步骤在HP值为15.7～16.1的热处理温度及时间条件下进行。
12.根据权利要求11所述的轻钢，其特征在于，
上述时效热处理步骤在500～550℃的温度范围进行2～6小时。
13.一种轻钢制造方法，其特征在于，
包括下列步骤：
把包含碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)及不可避免的杂质的钢锭予以加热成型的轧钢步骤；及
均匀化热处理步骤。
14.根据权利要求13所述的轻钢制造方法，其特征在于，
上述轧钢步骤使用包含碳(C)1.3～1.5wt％、铝(Al)8.5～10wt％、锰(Mn)20～25wt％、铬(Cr)4～5.1wt％、钼(Mo)2～4.16wt％及其余的铁(Fe)及不可避免的杂质的钢锭。
15.根据权利要求13所述的轻钢制造方法，其特征在于，
上述轧钢步骤在1000～1200℃的温度范围进行1～3小时。
16.根据权利要求13所述的轻钢制造方法，其特征在于，
上述均匀化热处理步骤在1100～1200℃的温度范围进行1～3小时。
17.根据权利要求16所述的轻钢制造方法，其特征在于，
在上述均匀化热处理步骤之后进一步包含时效热处理步骤，
上述时效热处理步骤在HP值为15.7～16.1的热处理温度及时间条件下进行。
18.根据权利要求17所述的轻钢制造方法，其特征在于，
上述时效热处理步骤在500～550℃的温度范围进行2～6小时。
19.根据权利要求14所述的轻钢制造方法，其特征在于，
上述钢锭以0.55wt％以下的范围进一步包含钒(V)。
20.根据权利要求14所述的轻钢制造方法，其特征在于，
上述钢锭以5.1wt％以下的范围进一步包含钴(Co)。
21.根据权利要求14所述的轻钢制造方法，其特征在于，
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(1)时的值为97以上，
45.2+117.2C-3.831Ni-20.36Mo+4.25Cr-36.6C2-2.344Cr2+4.10Mo·Cr 式(1)。
22.根据权利要求14所述的轻钢制造方法，其特征在于，
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(2)时的值为10.6以上，
Cr+3.3(Mo+0.5(Si+W))+16N 式(2)。
23.根据权利要求14所述的轻钢制造方法，其特征在于，
把上述轻钢所含元素的配比(wt％)代入式(3)时的值为-0.1以上，
-0.3141+0.1042C-1.046Cr+1.048Mo+0.00714Cr2-0.5003Mo2+0.5076Cr·Mo 式(3)。
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