CN111270158A - 一种低密度耐腐蚀钢及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种低密度耐腐蚀钢及其制备方法和应用。本发明提供的低密度耐腐蚀钢包括以下质量百分含量的元素组分：C 0.6～1.7％，Al 8～12％，Si 0.2～0.5％，Mn 28～35％，Cr 0.5～2.5％，V 0.1～0.9％，Mo 0.1～1.3％，余量的Fe和不可避免的杂质。本发明提供的低密度耐腐蚀钢相对于对比材料40Cr钢具有较低的密度，和更好的耐腐蚀性，由实施例结果表明，按照本发明提供的制备方法获得的低密度耐腐蚀钢的密度较40Cr钢的密度降低12.106～17.65％，耐腐蚀性提高了22.18～50.16％。

Description

一种低密度耐腐蚀钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种低密度耐腐蚀钢及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的发展，不锈钢的应用更加广泛，尤其是随着船舶的大型化、专业化发展，使得船舶行业对不锈钢的强度提出了更高的要求，同时随着海水污染的加剧，不锈钢服役环境日益恶劣，不锈钢面临着极大的挑战，传统不锈钢在抗腐蚀性能方面已经很难达到当下在工程应用中的标准。
同时随着工业的不断发展，生态环境也随之恶化，为了减轻工业化对环境的影响，需要通过降低材料密度达到节能减排的效果。因此，制备一种低密度耐腐蚀钢显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低密度耐腐蚀钢及其制备方法和应用，本发明提供的低密度耐腐蚀钢具有较低的密度，较高的耐腐蚀性，且制备方法简单，能够用于汽车制造行业达到减重的目的。
本发明提供了一种低密度耐腐蚀钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C 0.6～1.7％，Al 8～12％，Si 0.2～0.5％，Mn 28～35％，Cr 0.5～2.5％，V 0.1～0.9％，Mo 0.1～1.3％，余量的Fe和不可避免的杂质。
优选的，包括：C 0.9～1.4％，Al 10～11％，Si 0.3～0.4％，Mn 30～33％，Cr 1.5～2.0％，V 0.4～0.7％，Mo 0.5～1.0％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。
本发明还提供上述技术方案所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，包括以下步骤：
1)将低密度耐腐蚀钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭；
2)将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；
3)将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；
4)将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；
5)将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；
6)将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到低密度耐腐蚀钢。
优选的，所述热锻处理的温度为1050～1100℃，时间为20～30min。
优选的，所述热轧处理的温度为1000～1120℃，所述热轧处理为多道次轧制变形，所述热轧处理的总变形量为60～75％。
优选的，所述固溶处理的温度为1000～1100℃，时间为120～180min。
优选的，所述冷轧处理为多道次轧制变形，所述冷轧处理的总变形量为44～60％。
优选的，所述时效处理的温度为350～450℃，时间为6～12h。
优选的，所述水韧处理的温度为1050～1100℃，时间为25～30min。
本发明还提供了上述技术方案所述低密度耐腐蚀钢或上述技术方案所述制备方法获得的低密度耐腐蚀钢在制备汽车框架和轮船外壳或甲板中的应用。
本发明提供了一种低密度耐腐蚀钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C 0.6～1.7％，Al 8～12％，Si 0.2～0.5％，Mn 28～35％，Cr 0.5～2.5％，V 0.1～0.9％，Mo 0.1～1.3％，余量的Fe和不可避免的杂质。铝具有较低的密度，本发明在合金钢中添加大量Al元素降低了合金钢的密度；Mn是一种奥氏体稳定元素，Mn元素的添加会得到稳定的奥氏体组织，从而保证合金钢的塑性；C元素的添加降低了钢的密度；本发明在特定含量Al、Mn和C的共同作用下降低了合金钢的密度，同时避免了合金钢塑性的降低。在本发明中，铬元素能够在合金钢表面形成钝化膜阻止腐蚀性物质与合金钢直接接触，从而提高了合金钢的耐腐蚀性；钼元素和钒元素配合提高了合金钢的力学性能。由实施例结果表明，本发明提供的低密度耐腐蚀钢较40Cr钢的密度降低了12.106～17.65％，耐腐蚀性提高了22.18～50.16％。
本发明还提供了上述技术方案所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，包括以下步骤：将低密度耐腐蚀钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭；将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到低密度耐腐蚀钢。本发明的制备方法步骤简单，容易操作。
附图说明
图1为拉伸试样尺寸图，其中尺寸的单位为mm；
图2为实施例4获得的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr的金相光学显微图；其中a为实施例4获得的新型低密度耐腐蚀钢的金相光学显微图，b为对比材料40Cr的金相光学显微图；
图3为实施例1获得的低密度耐腐蚀钢与对比材料40Cr钢全浸失重试验后的金相显微图；其中A为实施例1获得的低密度耐腐蚀钢全浸失重试验后的金相显微图，B为对比材料40Cr钢全浸失重试验后的金相显微图；
图4为实施例1获得的低密度耐腐蚀钢的透射电子显微镜图像。
具体实施方式
本发明提供了一种低密度耐腐蚀钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C 0.6～1.7％，Al 8～12％，Si 0.2～0.5％，Mn 28～35％，Cr 0.5～2.5％，V 0.1～0.9％，Mo 0.1～1.3％，余量的Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括C 0.6～1.7％，优选为0.9～1.4％。在本发明中C起到稳定奥氏体组织的作用，能够提高材料的塑性；同时碳与Fe形成固溶体，碳固溶在晶格内部，晶格常数变大，合金钢的质量不变，从而减小合金钢的密度，每添加1％的C元素，材料密度下降0.41g/cm3。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括Al 8～12％，优选为10～11％。在本发明中，本发明在合金钢中添加大量Al元素，降低了合金钢的密度，每添加1％的Al，材料密度下降0.101g/cm3。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括Si 0.2～0.5％，优选为0.3～0.4％。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括Mn 28～35％优选为30～33％。本发明在合金钢中添加Mn促进得到奥氏体组织，优化显微组织，从而提高钢的塑性。。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括Cr 0.5～2.5％，优选为1.5～2.0％。在本发明中，铬元素能够在合金钢表面形成钝化膜阻止腐蚀性物质与合金钢直接接触，从而提高合金钢的耐腐蚀性。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括V 0.1～0.9％，优选为0.4～0.7％。本发明添加的V元素会与合金钢中的碳有极强的亲合力，形成碳化钒分布在晶粒表面，在晶界处起到钉扎的作用阻止晶粒的长大，从而实现晶粒细化。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括Mo 0.1～1.3％，优选为0.5～1.0％。
本发明提供的低密度耐腐蚀钢，按质量百分含量计，包括余量的Fe和不可避免的杂质。在本发明中，所述杂质包括S和P，所述S的含量优选不大于0.005％，所述P的含量优选不大于0.015％。
本发明还提供了上述技术方案所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，包括以下步骤：
1)将低密度耐腐蚀钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭
2)将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；
3)将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；
4)将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；
5)将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；
6)将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到低密度耐腐蚀钢。
本发明将低密度耐腐蚀钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭。本发明对所述高强低密度钢的原料没有特殊限定，能够得到所需的组分配比即可，在本发明实施例中，所述高强低密度钢的原料为碳、铝、硅、锰、铬、钒、钼和铁，其中铝优选为直径25mm的铝棒，铁优选为直径25mm的铁棒，其他原料均为粉末或块状，本发明对其他原料的粒径无特殊要求，采用市售产品即可。
本发明在进行熔炼之前优选对原料进行清洗，所述清洗优选包括依次进行的丙酮洗涤和酒精洗涤，所述丙酮洗涤和酒精洗涤的方式优选为超声清洗；所述丙酮洗涤能够去除原料表面的油污杂质，所述酒精洗涤可除去了原料表面残留的丙酮溶液，且经酒精挥发获得干燥的原料；在本发明中所述酒精优选为工业酒精。
在本发明中，所述熔炼优选在真空感应炉中进行，本发明在进行熔炼之前优选对真空感应熔炼炉中的镁砂坩埚进行清理，本发明对清理方式无特殊要求，只要能够将镁砂坩埚中残留物清除干净即可。在本发明中，所述熔炼优选包括以下步骤：
将原料中的Al、Mn、Fe和Si放在真空感应炉中的镁砂坩埚中，将原料中的V、Cr、C和Mo放在真空感应炉的二次加料斗中；
将真空感应炉抽真空至真空度为0.009～0.02MPa后向真空感应炉中充入保护气体至真空度为0.03-0.06MPa；
将真空感应炉的功率设定为5kW，加热5～10min；
将真空感应炉的功率设定为10kW，加热5～10min；
将真空感应炉的功率设定为20kW，加热10～15min后将二次加料斗中的原料倒入镁砂坩埚中；
将真空感应炉的功率设定为40kW，加热20～30min，得到钢液。
在本发明中，所述保护气体优选为高纯氩气，所述高纯氩气的纯度优选为99.9％。在本发明中，所述真空感应炉在加热过程中，金属液体会沿着一个方向进行搅拌，使得钢液内各组分更加均匀。
得到钢液后，本发明优选将钢液倒入模具中自然冷却至室温，得到合金铸锭。
熔炼得到合金铸锭后，本发明将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料。在本发明中，所述热锻处理优选在马弗炉中进行，本发明对马弗炉的型号和来源无特殊要求，在本发明的实施例中，所述马弗炉采用天津市凯恒电热技术有限公司生产的型号为KL-13的马弗炉。在本发明中，所述热锻处理的温度优选为1050～1100℃，更优选为1060～1080℃，所述热锻处理的时间优选为20～30min，更优选为23～25min，加热升温至热锻处理所需温度的升温速率优选为5～10℃/min。
在本发明中，所述热锻处理优选采用150kg的锻锤进行锻造，所述热锻处理的次数优选为7～8次，可具体为7次或8次。本发明对所述合金锻料的形状无特殊要求，在本发明的实施例中，所述合金锻料为直径65mm的圆棒。
得到合金锻料后，本发明将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料。在本发明中，所述水韧处理的温度优选为1050～1100℃，更优选为1070～1090℃，时间优选为25～30min，更优选为26～28min。本发明对所述水韧处理的具体操作没有特殊限定，本领域技术人员按照常规的水韧处理的操作进行即可，在本发明实施例中，所述水韧处理的具体步骤优选为将所述合金锻料升温至1050～1100℃，保温25～30min，然后在水中淬火，所述淬火用水优选为常温水。
得到水韧合金锻料后，本发明将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯。在发明中，进行热轧处理之前优选将水韧合金锻料切割成50(长)*30(宽)*20(厚)mm的钢块；所述热轧处理的温度优选为1000～1120℃，更优选为1050℃；加热升温至热轧处理所需温度的升温速率优选为10～20℃/min，更优选为13～15℃/min；加热升温至热轧处理所需温度后，本发明优选将合金铸锭在热轧处理的温度下进行保温处理，使合金铸锭各部分的温度均匀，所述保温处理的时间优选为1.5～2.5h。在本发明中，所述加热升温优选在马弗炉中进行，本发明对所述马弗炉的来源和型号没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的马弗炉即可；在本发明的实施例中，所述马弗炉优选采用天津市凯恒电热技术有限公司生产的型号为KL-13的马弗炉。本发明优选将保温处理后的合金铸锭迅速取出进行热轧处理，避免试样脱离马弗炉后产生温降，在本发明中，所述温降优选为10～20℃，进一步优选为12～18℃。
在本发明中，所述热轧处理优选为多道次轧制变形，所述多道次轧制变形过程中的道次压下量优选为1.6～2.5mm，更优选为1.7～2.0mm；每道次轧制后，本发明优选再次将其放入马弗炉中加热至热轧制处理温度，在所述热轧制处理温度保温10min。在本发明中，所述热轧处理的总变形量优选为60～75％，更优选为62～64％。在本发明中，所述多道次轧制变形优选在双辊轧机上进行，本发明对所述双辊轧机的来源和型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的双辊轧机即可。在本发明中，所述多道次轧制变形的次数优选为6～8次，可具体为6次、7次、8次。
在本发明中，最后一道次轧制结束后对热轧处理产物进行固溶处理，所述固溶处理优选包括如下步骤：将最后一道次热轧处理产物升温至1000～1100℃，保温120～180min，然后进行水淬；所述水淬用水的温度优选为室温。
得到合金板坯后，本发明将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯。在本发明中，所述冷轧处理优选在室温进行，本发明对冷轧处理的设备无特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的冷轧机即可，在本发明的实施例中采用双辊轧机。
在本发明中，所述冷轧处理优选为多道次轧制变形，所述多道次轧制变形过程中的道次压下量为0.04～0.09mm，更优选为0.081～0.087mm；在本发明中，所述冷轧处理的总变形量优选为44～60％，更优选为48～57％。在本发明中，所述多道次轧制变形优选在双辊轧机上进行，本发明对所述双辊轧机的来源和型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的双辊轧机即可，所述多道次轧制变形的次数优选为40～80次，更优选为41～47次，最优选为44～46次。
在本发明中，所述冷轧处理使冷轧合金板坯内部产生大量的位错缠结，大量位错缠结的结构提高了冷轧合金板坯的抗拉强度。
得到冷轧合金板坯后，本发明将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到低密度耐腐蚀钢。在本发明中，所述时效处理优选在马弗炉中进行，本发明对马弗炉的型号和来源无特殊要求，在本发明的实施例中，所述马弗炉采用天津市凯恒电热技术有限公司生产的型号为KL-13的马弗炉。在本发明中，所述时效处理的温度优选为350～450℃，更优选为370～430℃；所述时效处理的时间优选为6～12h，更优选为8h；升温至所述时效处理所需温度的升温速率优选为5～10℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述低密度耐腐蚀钢或上述技术方案所述制备方法获得的低密度耐腐蚀钢在制备汽车框架和轮船外壳或甲板中的应用。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的低密度耐腐蚀钢及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按质量百分含量计，取碳0.6％，锰28％，直径为25mm的铝棒8％，硅0.2％，铬0.5％，钒0.1％，钼0.1％，余量为直径25mm的铁棒。
将上述原料先后在丙酮和酒精中进行超声波清洗处理后，将原料中的铝、锰、铁和硅放在真空感应炉中的镁砂坩埚中，将原料中的钒、铬、碳和钼放在真空感应炉的二次加料斗中；将真空感应炉抽真空至真空度为0.02MPa后向真空感应炉中充入高纯氩气至真空度为0.03MPa；将真空感应炉的功率设定为5kW，加热5min；将真空感应炉的功率设定为10kW，加热5min；将真空感应炉的功率设定为20kW，加热10min后将二次加料斗中的原料倒入镁砂坩埚中；将真空感应炉的功率设定为40kW，加热20min，得到钢液；然后将钢液倒入模具中自然冷却至室温，得到合金铸锭；
将所述合金铸锭置于马弗炉中，按照10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温20min后采用150kg的锻锤进行锻造，经过锻造6次得到直径为65mm的圆棒；
将直径为65mm的圆棒置于温度为1050℃的马弗炉中保温25min后水冷至室温，得到水韧合金锻料。
将所述水韧合金锻料切割为50(长)*30(宽)*20(厚)mm的钢块，然后将钢块放入马弗炉中以10℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h后将物料迅速取出进行第一次热轧制；第一次轧制完成后，将经第一次轧制完成的产品放入马弗炉重新加热至1050℃并保温10min，进行第二次热轧制，重复该操作6次，获得厚度为8mm的热轧处理产物，其中道次压下量为2mm，热轧处理的总变形量为60％。在终道次轧制后，进行固溶处理，固溶处理在1000℃温度下保温120min，然后进行水淬，待冷却至常温后取出，得到合金板坯。
将所述合金板坯在双辊轧机上进行44次冷轧处理，得到厚度为4mm的冷轧合金板坯，冷轧处理的总变形量为50％，其中道次压下量为0.09mm。
将冷轧合金板坯放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至350℃后保温6h，得到低密度耐腐蚀钢。
实施例2
按质量百分含量计，取碳0.9％，锰30％，直径为25mm的铝棒10％，硅0.3％，铬1.5％，钒0.4％，钼0.5％，余量为直径25mm的铁棒。
将上述原料先后在丙酮和酒精中进行超声波清洗处理后，将原料中的铝、锰、铁和硅放在真空感应炉中的镁砂坩埚中，将原料中的钒、铬、碳和钼放在真空感应炉的二次加料斗中；将真空感应炉抽真空至真空度为0.02MPa后向真空感应炉中充入高纯氩气至真空度为0.04MPa；将真空感应炉的功率设定为5kW，加热6min；将真空感应炉的功率设定为10kW，加热6min；将真空感应炉的功率设定为20kW，加热12min后将二次加料斗中的原料倒入镁砂坩埚中；将真空感应炉的功率设定为40kW，加热22min，得到钢液；然后将钢液倒入模具中自然冷却至室温，得到合金铸锭；
将所述合金铸锭置于马弗炉中，按照10℃/min的升温速率升温至1060℃，保温23min后采用150kg的锻锤进行锻造，经过锻造7次得到直径为65mm的圆棒；
将直径为65mm的圆棒置于温度为1070℃的马弗炉中保温26min后水冷至室温，得到水韧合金锻料。
将所述水韧合金锻料切割为50(长)*30(宽)*20(厚)mm的钢块，然后将钢块放入马弗炉中以13℃/min的升温速率升温至1050℃，保温2h后将物料迅速取出进行第一次热轧制；第一次轧制完成后，将经第一次轧制完成的产品放入马弗炉重新加热至1050℃并保温10min，进行第二次热轧制，重复该操作7次，获得厚度为7.6mm的热轧处理产物，其中道次压下量为1.771mm，热轧处理的总变形量为62％。在终道次轧制后，进行固溶处理，固溶处理在1020℃温度下保温135min，然后进行水淬，待冷却至常温后取出，得到合金板坯。
将所述合金板坯在双辊轧机上进行41次冷轧处理，得到厚度为3.95mm的冷轧合金板坯，冷轧处理的总变形量为48％，其中道次压下量为0.089mm。
将冷轧合金板坯放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至370℃后保温8h，得到低密度耐腐蚀钢。
实施例3
按质量百分含量计，取碳1.％，锰33％，直径为25mm的铝棒11％，硅0.4％，铬2％，钒0.7％，钼1％，余量为直径25mm的铁棒。
将上述原料先后在丙酮和酒精中进行超声波清洗处理后，将原料中的铝、锰、铁和硅放在真空感应炉中的镁砂坩埚中，将原料中的钒、铬、碳和钼放在真空感应炉的二次加料斗中；将真空感应炉抽真空至真空度为0.0095MPa后向真空感应炉中充入高纯氩气至真空度为0.05MPa；将真空感应炉的功率设定为5kW，加热8min；将真空感应炉的功率设定为10kW，加热8min；将真空感应炉的功率设定为20kW，加热13min后将二次加料斗中的原料倒入镁砂坩埚中；将真空感应炉的功率设定为40kW，加热26min，得到钢液；然后将钢液倒入模具中自然冷却至室温，得到合金铸锭；
将所述合金铸锭置于马弗炉中，按照10℃/min的升温速率升温至1080℃，保温25min后采用150kg的锻锤进行锻造，经过锻造7次得到直径为65mm的圆棒；
将直径为65mm的圆棒置于温度为1090℃的马弗炉中保温28min后水冷至室温，得到水韧合金锻料。
将所述水韧合金锻料切割为50(长)*30(宽)*20(厚)mm的钢块，然后将钢块放入马弗炉中以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温2h后将物料迅速取出进行第一次热轧制；第一次轧制完成后，将经第一次轧制完成的产品放入马弗炉重新加热至1050℃并保温10min，进行第二次热轧制，重复该操作8次，获得厚度为7.2mm的热轧处理产物，其中道次压下量为1.6mm，热轧处理的总变形量为64％。在终道次轧制后，进行固溶处理，固溶处理在1050℃温度下保温150min，然后进行水淬，待冷却至常温后取出，得到合金板坯。
将所述合金板坯在双辊轧机上进行46次冷轧处理，得到厚度为3.1mm的冷轧合金板坯，冷轧处理的总变形量为57％，其中道次压下量为0.089mm。
将冷轧合金板坯放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至430℃后保温8h，得到低密度耐腐蚀钢。
实施例4
按质量百分含量计，取碳1.7％，锰35％，直径为25mm的铝棒12％，硅0.5％，铬2.5％，钒0.9％，钼1.3％，余量为直径25mm的铁棒。
将上述原料先后在丙酮和酒精中进行超声波清洗处理后，将原料中的铝、锰、铁和硅放在真空感应炉中的镁砂坩埚中，将原料中的钒、铬、碳和钼放在真空感应炉的二次加料斗中；将真空感应炉抽真空至真空度为0.009MPa后向真空感应炉中充入高纯氩气至真空度为0.06MPa；将真空感应炉的功率设定为5kW，加热10min；将真空感应炉的功率设定为10kW，加热10min；将真空感应炉的功率设定为20kW，加热15min后将二次加料斗中的原料倒入镁砂坩埚中；将真空感应炉的功率设定为40kW，加热30min，得到钢液；然后将钢液倒入模具中自然冷却至室温，得到合金铸锭；
将所述合金铸锭置于马弗炉中，按照10℃/min的升温速率升温至1100℃，保温30min后采用150kg的锻锤进行锻造，经过锻造8次得到直径为65mm的圆棒；
将直径为65mm的圆棒置于温度为1100℃的马弗炉中保温30min后水冷至室温，得到水韧合金锻料。
将所述水韧合金锻料切割为50(长)*30(宽)*20(厚)mm的钢块，然后将钢块放入马弗炉中以15℃/min的升温速率升温至1120℃，保温2h后将物料迅速取出进行第一次热轧制；第一次轧制完成后，将经第一次轧制完成的产品放入马弗炉重新加热至1120℃并保温10min，进行第二次热轧制，重复该操作8次，获得厚度为5mm的热轧处理产物，其中道次压下量为1.875mm，热轧处理的总变形量为75％。在终道次轧制后，进行固溶处理，固溶处理在1100℃温度下保温180min，然后进行水淬，待冷却至常温后取出，得到合金板坯。
将所述合金板坯在双辊轧机上进行47次冷轧处理，得到厚度为2.8mm的冷轧合金板坯，冷轧处理的总变形量为44％，其中道次压下量为0.047mm。
将冷轧合金板坯放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至450℃后保温12h，得到低密度耐腐蚀钢。
利用线切割将实施例1～4中的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr钢分别切出如图1所示的三个拉伸试样，根据GBT228-2002在型号为Instron5982的万能材料试验机上进行拉伸试验，每个待测样品进行三次试验，取平均值其实验结果列于表1。
利用线切割分别在实施例1～4中的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr钢的不同位置切出三个10mm*10mm*2mm的长方体，利用阿基米德原理测量其密度，取其平均值，其结果列于表1。
表1实施例1～4获得的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr性能测试结果
Figure BDA0002410741780000111
Figure BDA0002410741780000121
由表1结果可知本发明提供的低密度耐腐蚀钢具有较低的密度和较高的屈服强度和抗拉强度，其中低密度耐腐蚀钢的密度为6.67～7.12g/cm3，屈服强度为1005～1128MPa，抗拉强度为1055～1238MPa。
对实施例4获得的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr钢进行金相组织观察，得到图2，由图2可知实施例4获得的低密度耐腐蚀钢与对比材料40Cr钢相比，晶粒有了明显的细化趋势，根据Hall-Petch公式，随着晶粒的细化，材料的抗拉强度增强。
将对比例材料40Cr钢和实施例1获得的低密度耐腐蚀钢进行电子显微镜扫描，结果如图3所示，其中A为实施例1获得的低密度耐腐蚀钢全浸失重试验后的金相显微图，B为比材料40Cr钢全浸失重试验后的金相显微图，由图3可明显看出本发明提供的低密度耐腐蚀钢发生了部分腐蚀，对比材料40Cr发生了全面腐蚀，由此可知本发明提供的低密度耐腐蚀钢较对比材料40Cr钢具有较好的耐腐蚀性。
图4为实施例1获得的低密度耐腐蚀钢的透射电子显微镜图像，由图4可清楚的看到低密度耐腐蚀钢内部具有大量位错缠结的结构，这些大量位错缠结的结构提高了合金钢的抗拉强度。
利用线切割将实施例1～4中的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr钢切出尺寸为10mm*10mm*2mm的全浸失重实验试样，每块不锈钢切出3个试样，确保实验的可重复性。并将待测试样的六个面用SiC砂纸打磨至3000#后进行抛光，然后清洗并用冷风吹干其表面。在实验开始前，在天平上测量试样的原始质量，每个试样称量三次，取平均值保证其准确性，并作好相应记录。在浓度为5mol/L的NaCl溶液中保持恒温25℃浸泡8天，浸泡期间每两天换一次新溶液，每次更换溶液后将试样在酒精中用超声波清洗15min，用天平称重，记录重量的变化。由此获得该种材料的腐蚀方面的实验数据，列于表2。
表2实施例1～4获得的低密度耐腐蚀钢和对比材料40Cr钢的全浸失重实验结果
Figure BDA0002410741780000131
由表2的结果可知，本发明提供的低密度耐腐蚀钢具有较好的耐腐蚀性，与40Cr钢相比发明的低密度耐腐蚀钢的耐腐蚀性能有所提高，其提高量达50.16％。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种低密度耐腐蚀钢，包括以下质量百分含量的元素组分：C 0.6～1.7％，Al 8～12％，Si 0.2～0.5％，Mn 28～35％，Cr 0.5～2.5％，V 0.1～0.9％，Mo 0.1～1.3％，余量的Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述低密度耐腐蚀钢，其特征在于，包括：C 0.9～1.4％，Al 10～11％，Si 0.3～0.4％，Mn 30～33％，Cr 1.5～2.0％，V 0.4～0.7％，Mo 0.5～1.0％，余量的Fe和不可避免的杂质元素。
3.权利要求1或2所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，包括以下步骤：
1)将低密度耐腐蚀钢的原料进行熔炼，得到合金铸锭；
2)将所述合金铸锭进行热锻处理，得到合金锻料；
3)将所述合金锻料进行水韧处理，得到水韧合金锻料；
4)将所述水韧合金锻料依次进行热轧处理和固溶处理，得到合金板坯；
5)将所述合金板坯进行冷轧处理，得到冷轧合金板坯；
6)将所述冷轧合金板坯进行时效处理，得到低密度耐腐蚀钢。
4.根据权利要求3所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述热锻处理的温度为1050～1100℃，时间为20～30min。
5.根据权利要求3所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述热轧处理的温度为1000～1120℃，所述热轧处理为多道次轧制变形，所述热轧处理的总变形量为60～75％。
6.根据权利要求3所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为1000～1100℃，时间为120～180min。
7.根据权利要求3所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述冷轧处理为多道次轧制变形，所述冷轧处理的总变形量为44～60％。
8.根据权利要求3所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述时效处理的温度为350～450℃，时间为6～12h。
9.根据权利要求3所述低密度耐腐蚀钢的制备方法，其特征在于，所述水韧处理的温度为1050～1100℃，时间为25～30min。
10.权利要求1～2任一项所述低密度耐腐蚀钢或权利要求3～9任一项所述制备方法获得的低密度耐腐蚀钢在制备汽车框架和轮船外壳或甲板中的应用。
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