CN112899580A - 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法 - Google Patents

一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112899580A
CN112899580A CN202110065209.6A CN202110065209A CN112899580A CN 112899580 A CN112899580 A CN 112899580A CN 202110065209 A CN202110065209 A CN 202110065209A CN 112899580 A CN112899580 A CN 112899580A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
steel
corrosion
density
carrying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110065209.6A
Other languages
English (en)
Inventor
何金珊
刘金旭
武会宾
汪水泽
吴宏辉
毛新平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202110065209.6A priority Critical patent/CN112899580A/zh
Publication of CN112899580A publication Critical patent/CN112899580A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1222—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0081—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for slabs; for billets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法，属于金属材料领域，该钢的化学成分质量分数wt％为：C:1.45～1.7％、Mn:25～30％、Al:10～12％、Cr:4.5～5.5％、Nb:0.08～0.1％、S≤0.003％、P≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。制备工艺步骤包括：冶炼，锻造，热轧，固溶淬火。本发明提供的低密度钢，通过各元素的控制，具备优良的磁学性能、耐腐蚀性能和机械性能。本发明还提供了所述的低磁耐蚀低密度钢的制备方法。

Description

一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及冶金领域，特别涉及一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法。
背景技术
低磁钢通常是在钢中添加大量的镍、锰等元素制成的，一般是奥氏体组织，具有磁导率低而电阻率高的特点，相对磁导率低于1.01的钢称为无磁钢。多用于工业电力机械制造等领域。另外，随着工业发展，生态环境问题日趋严重，通过减轻结构材料的重量可以实现节能减排的目标。而低密度钢一般是在钢中添加轻质元素铝来实现减重的目的，Fe-Mn-Al-C系低密度钢通过调控Mn、C和Al的含量进行成分优化，匹配简单的制备工艺即可得到特殊用途的低密度钢，因此Fe-Mn-Al-C系低密度钢成为了研究热点。
经对现有技术的文献进行检索发现，中国发明专利CN110066969B公开了一种高耐蚀高铝含量低密度钢及其制备方法，化学成分组成的质量百分比为：C:0.010～0.035％，Al:4.01～6.00％，Mn:0.010～0.20％，Ni:1.00～3.00％，Si:0.01～0.30％，Nb:0.008～0.020％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo:0.10～0.80％，Ce:0.00～0.050％，其他为Fe和不可避免的杂质，钢种的组织为单一的δ铁素体，密度相较于传统钢铁降低了6％。本发明尽管添加了较高的Al和C元素，但是通过调控Mn和C的含量使得组织为单一的奥氏体，并且密度将至6.5g/cm3以下，较传统钢铁密度降低了16％以上。
中国发明专利CN111235493A公开了一种无磁钢、无磁钢螺栓及其制备方法，化学成分按重量百分数包括：C:0.3～0.5％，Si:0.3～0.6％，Mn:18～19％，Cr:17～19％，Cu:0.2～0.3％，Ni:0.4～0.5％，V:1.0～1.3％，RE:0.05～0.1％，P≤0.2％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免杂质。由于其成分体系中没有添加Al，所以其密度较传统钢铁并没有明显降低，而本发明由于Al的添加使得密度大幅度降低，并且同时具备低磁性能。
中国发明专利CN104894471A公开了一种高锰高铝含钒无磁钢及其制造方法，化学成分组成的质量百分比为：C:0.14～0.20％，Al:1.50～2.50％，Mn:21.50～25.00％，V:0.04～0.10％,N＜0.05％，其他为Fe和不可避免的杂质。虽然实现了在16000奥斯特磁场强度下，相对磁导率μ＜1.005，但是其屈服强度仅有280～300MPa。本发明耐腐蚀低磁低密度钢屈服强度＞800MPa，且相对磁导率μ最低达到1.0008，综合性能得到明显提升。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法，其密度均小于6.5g/cm3。相对磁导率为1.0008～2.28，在5％NaCl溶液中进行盐雾96h失重速率为0.763～1.384g/(m2·h)。
本发明采用的技术方案为：
一种低磁耐蚀低密度钢，其化学成分质量分数wt％为：C:1.45～1.70％、Mn:25～30％、Al:10～12％、Cr:4.5～5.5％、Nb:0.08～0.1％、S≤0.003％、P≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。所述的低磁耐蚀低密度钢的密度均小于6.5g/cm3。相对磁导率μ为1.0008～2.28，在5％NaCl溶液中进行盐雾96h腐蚀速率为0.763～1.384g/(m2·h)。
进一步地，所述的低磁耐蚀低密度钢通过元素的调控使组织为全奥氏体组织，且高的Al和Cr含量进一步提升了其耐腐蚀性能。
如上所述一种低磁耐蚀低密度钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：按低磁耐蚀低密度钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
(2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理，均质化处理后锻造成方坯；
(3)热轧：将方坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80％，水冷至室温，制得7mm热轧板；
(4)固溶：将热轧板在1100～1200℃固溶0.5-2h，随后水淬至室温，得到成品钢板。
各元素在钢中的作用如下：
Mn：锰是Fe-Mn-Al-C系低密度钢的主要合金元素，较高的锰含量可以扩大奥氏体相区，提高奥氏体的稳定性，起固溶强化作用。Mn的添加使材料在较高的磁场强度下仍具有较低的相对磁导率，而且锰的价格较低，可以大幅度降低生产成本；本发明设定Mn的含量为25～30％。
Al：铝是铁素体形成元素，会缩小奥氏体区间，提高层错能，但是可以稳定材料中的奥氏体相。铝能够明显降低钢的密度，每添加1％Al，钢的密度降低0.101g/cm3，一定的铝含量可以显著提高钢的热变形抗力，延迟动态再结晶，使奥氏体晶粒在动态再结晶后得到细化；本发明设定Al含量为10～12％。
C：碳是奥氏体形成元素，具有较强的固溶强化作用。在钢中与Mn和Al元素形成κ碳化物，对钢的强韧性有积极作用；本发明设定的C含量为1.45～1.71％。
Cr：铬是缩小奥氏体区间元素，但是可以大幅度提升材料的耐腐蚀性能。少量铬可提高低温冲击韧性，对低温抗拉强度有益，对屈服强度贡献不大，也可以抑制κ碳化物沉淀析出；本发明设定Cr的含量为4.5～5.5％。
Nb：铌是强碳化物形成元素，能够细化晶粒提高强度和韧性。能增加钢的弹性模量；本发明设定Nb的含量为0.05～0.1％。
P、S：磷和硫是钢形成的不利元素。硫在钢中以FeS、MnS等硫化物夹质的形式存在，硫化物通常发布在晶界中，当温度达到其熔点时便会熔化，在轧制和锻造时会导致钢热变形时的开裂。磷会严重影响钢的冷变形能力，随着磷含量的增加，其影响会急剧加剧，并出现冷脆现象；本发明设定P、S的含量为≤0.03％。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明制备的产品具有较低的密度，由于10～12％Al的添加，使得钢的密度降至6.5g/cm3以下，较普通的钢减重了16％，起到了节能降耗的作用。
(2)本发明制备的产品仅需通过简单的轧制和热处理工艺即可得到成品钢板，其相对磁导率μ＜2.28，其中实施例1的相对磁导率μ低至1.0008，具有较好无磁性能。
(3)本发明通过添加适量的Cr，抑制了铁磁相κ碳化物的析出，降低了钢的相对磁导率，同时对钢的耐腐蚀性能也有较大的提升。在5％NaCl溶液中进行盐雾96h腐蚀速率为0.763～1.384g/(m2·h)。
附图说明
图1为本发明实施例1号的衬度图；
图2为本发明实施例1～3号的磁化率-磁场强度(χ-H)图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述：
表1为本发明各实施例的成分列表；
表2为本发明各实施例的主要性能列表。
本发明各实施例按照以下的工艺进行制备：
(1)冶炼：按低磁耐蚀低密度钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
(2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理，均质化处理后锻造成方坯；
(3)热轧：将方坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80％，水冷至室温，制得7mm热轧板；
(4)固溶：将热轧板在1100～1200℃固溶0.5-2h，随后水淬至室温，得到成品钢板。
表1本发明各实施例的成分列表(wt％)
实施例 C Mn Al Cr Nb P S
1 1.45 28.42 11.06 5.15 0.090 0.01 0.02
2 1.62 27.38 11.52 5.12 0.087 0.02 0.03
3 1.71 26.49 10.61 4.91 0.088 0.02 0.02
表2本发明各实施例的主要性能列表
Figure BDA0002903871620000061

Claims (3)

1.一种低磁耐蚀低密度钢，其特征在于，化学成分质量分数wt％为：C:1.45～1.70％、Mn:25～30％、Al:10～12％、Cr:4.5～5.5％、Nb:0.08～0.1％、S≤0.003％、P≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质；所述的低磁耐蚀低密度钢的密度均小于6.5g/cm3，相对磁导率μ为1.0008～2.28，在5％NaCl溶液中进行盐雾96h腐蚀速率为0.763～1.384g/(m2·h)。
2.根据权利要求1所述的一种低磁耐蚀低密度钢，其特征在于，所述的低磁耐蚀低密度钢通过元素的调控使组织为全奥氏体组织，且高的Al和Cr含量进一步提升了其耐腐蚀性能。
3.权利要求1所述的一种低磁耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)冶炼：按低磁耐蚀低密度钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
(2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理，均质化处理后锻造成35mm厚坯锭；
(3)热轧：将锻坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80％，水冷至室温，制得7mm热轧板；
(4)固溶：将热轧板在1100～1200℃固溶0.5-2h，随后水淬至室温，得到成品钢板。
CN202110065209.6A 2021-01-18 2021-01-18 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法 Pending CN112899580A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110065209.6A CN112899580A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110065209.6A CN112899580A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112899580A true CN112899580A (zh) 2021-06-04

Family

ID=76115973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110065209.6A Pending CN112899580A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112899580A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114164377A (zh) * 2022-02-11 2022-03-11 北京科技大学 耐蚀低密度钢及其制备方法
CN114480988A (zh) * 2021-12-27 2022-05-13 北京科技大学 一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法
CN114752867A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 燕山大学 一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103667883A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 北京科技大学 一种低密度、高强韧汽车用钢板及制备工艺
CN104195458A (zh) * 2014-08-05 2014-12-10 东北大学 一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法
CN104674109A (zh) * 2015-03-11 2015-06-03 北京科技大学 一种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板及制备方法
JP2017166010A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 株式会社トッキンＨｄ 準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯または鋼板
CN109628850A (zh) * 2018-12-31 2019-04-16 钢铁研究总院 一种多用途全奥氏体低密度钢及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103667883A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 北京科技大学 一种低密度、高强韧汽车用钢板及制备工艺
CN104195458A (zh) * 2014-08-05 2014-12-10 东北大学 一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法
CN104674109A (zh) * 2015-03-11 2015-06-03 北京科技大学 一种低密度Fe-Mn-Al-C系冷轧汽车用钢板及制备方法
JP2017166010A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 株式会社トッキンＨｄ 準安定オーステナイト系ステンレス鋼帯または鋼板
CN109628850A (zh) * 2018-12-31 2019-04-16 钢铁研究总院 一种多用途全奥氏体低密度钢及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINXU LIU 等: ""Effect of hot rolling reduction and annealing treatment on grain boundary character distribution in austenitic low-density Fe-Mn-Al-C-Cr steel"", 《MATERIALS LETTERS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114480988A (zh) * 2021-12-27 2022-05-13 北京科技大学 一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法
CN114164377A (zh) * 2022-02-11 2022-03-11 北京科技大学 耐蚀低密度钢及其制备方法
CN114752867A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 燕山大学 一种高强韧轻质钢及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112899580A (zh) 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法
CN105803321B (zh) 一种980MPa级含钒超细晶粒冷轧双相钢及其制备方法
CN112899579B (zh) 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法
CN108220798B (zh) 一种460MPa级抗震耐火建筑钢及其制备方法
CN108796363B (zh) 适应大变形及冲压加工的高表面质量覆铝基板用钢及其生产方法
CN109423577B (zh) 一种高强多相钢镀锡原板及其制造方法
CN101709428A (zh) 复合微合金化高热强性热作模具钢及其制备方法
CN103834858A (zh) 一种低铁损无取向硅钢的制造方法
CN110230009B (zh) 一种具有良好切削性能的热作模具钢及其制备方法
CN102703803B (zh) 一种球状珠光体型热轧卷板及其生产方法
CN109504899B (zh) 一种塑料模具钢及其制备方法
CN101775560B (zh) 一种节镍奥氏体不锈钢及其制造方法
CN107747039A (zh) 一种高扩孔性能冷轧双相钢及其制备方法
CN103484768A (zh) 一种长度≥30m的高强工程用钢板及生产方法
CN109295390B (zh) 一种超高强耐腐蚀钢筋及其生产方法
CN102409266B (zh) 一种低温韧性优异的耐酸腐蚀钢及其制造方法
CN103290328A (zh) 一种高铌高耐磨高韧性冷作模具钢
CN113737090B (zh) 一种高强韧合金结构钢及其制备方法
CN105525222B (zh) 一种高效节能冷镦用钢热轧盘条及其生产方法
CN113652606B (zh) 一种高硬度高韧性耐磨钢球及其制备方法
CN104109800A (zh) 高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法
CN110643891B (zh) 一种磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法
CN115261737B (zh) 一种空冷高强韧轻质奥氏体钢及其制备方法
CN114875318B (zh) 一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢及其制造方法
CN115161545B (zh) 一种高塑性低强度中碳冷镦钢精线及其生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210604

RJ01 Rejection of invention patent application after publication