CN114164377A - 耐蚀低密度钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种耐蚀低密度钢及其制备方法。耐蚀低密度钢，以质量百分比计算，包括：C1.4%‑1.8%、Mn20%‑26%、Al8%‑13%、Cr1.0%‑4.5%、Ni1.5%‑4.5%、Mo0.5%‑2.5%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。耐蚀低密度钢的制备方法，包括：将原料在真空感应炉进行熔化冶炼，得到铸锭；将所述铸锭进行锻造、热处理、轧制处理，得到所述耐蚀低密度钢。本申请提供的耐蚀低密度钢，密度低，耐蚀性和韧性好。

Description

耐蚀低密度钢及其制备方法

技术领域

本申请涉及新材料领域，尤其涉及一种耐蚀低密度钢及其制备方法。

背景技术

为了实现碳减排-碳达峰的目标，装备（尤其是汽车）的轻量化，已经成为一种趋势。Fe-Mn-Al-C系高强钢因其超高强度和低密度的特性成为一种装备轻量化的潜在材料。然而本材料较差的耐蚀性和韧性限制了该材料的广泛应用。节能降耗将会是可持续发展战略的要求，有效解决该材料的耐蚀性和韧性，将有助于提升该材料的推广应用。

因此，研究适用于装备轻量化的耐蚀低密度钢非常必要。

发明内容

本申请的目的在于提供一种耐蚀低密度钢及其制备方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

一种耐蚀低密度钢，以质量百分比计算，包括：

C1.4%-1.8%、Mn20%-26%、Al8%-13%、Cr1.0%-4.5%、Ni1.5%-4.5%、Mo0.5%-2.5%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地，所述耐蚀低密度钢，以质量百分比计算，包括：

C1.6%-1.7%、Mn21%-24%、Al10%-12%、Cr2.0%-3.5%、Ni2%-4%、Mo1%-2%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地，所述耐蚀低密度钢的密度为6.2g/cm³-6.8g/cm³，屈服强度为1100MPa-1200MPa，抗拉强度为1200MPa-1400MPa，延伸率为20%-25%。

本申请还提供一种所述的耐蚀低密度钢的制备方法，包括：

将原料在真空感应炉进行熔化冶炼，得到铸锭；

将所述铸锭进行锻造、热处理、轧制处理，得到所述耐蚀低密度钢。

优选地，所述熔化冶炼的温度为1580℃-1650℃。

优选地，所述热处理的温度为1150℃-1200℃，保温时间为100min-150min。

优选地，所述轧制处理的开轧温度为1080℃-1100℃，终轧温度为950℃-980℃，轧制下压量为70%-85%。

优选地，所述轧制处理之后还包括：

水冷和保温处理。

优选地，所述保温处理包括第一保温和第二保温；

所述第一保温的温度为800℃-900℃，保温时间为4h-6h，保温结束后水冷至室温；

所述第二保温的温度为550℃-600℃，保温时间为2h-4h，保温结束后水冷至室温。

与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

本申请提供的耐蚀低密度钢，通过C、Mn、Al、Cr、Ni、Mo及其用量的配合以及控制S和P的含量，获得低密度、耐腐蚀、韧性强的钢材；其中：

C- Mn-Al-Fe作为基础成分存在；

Al是钢材轻量化的主要元素，可以显著降低钢材的密度；还可与钢中的C等元素生成碳化物，提高材料的强度和韧性；此外，Al可以促进钢材表面氧化铝的生成，形成致密的氧化铝薄膜，并提高材料的耐蚀性能；

Cr是提升材料耐蚀性能的重要元素，可有效提升材料的腐蚀电位，促进材料表面形成一层致密的氧化膜，提升锈层中α-FeOOH的含量，还可以使锈层具有电负性，有效抑制Cl^-等阴离子的传递，提升材料的耐蚀性能；

Mo的添加还可提升基体材料的表面功函数，促进基体腐蚀电位正移，Mo在锈层中均匀分布，提高锈层中α-FeOOH的含量，降低γ-FeOOH的含量，提升锈层的保护性，腐蚀过程中还可形成不溶性的MoO₂，分布在锈层中，降低锈层中孔隙和裂纹的数量，提升基体的耐蚀性和锈层的致密性；

Ni元素的添加，可以在钢中形成碳化物，显著提升钢材的强度；形成细小分散的碳化物，还可显著提升材料的强韧性。腐蚀过程中Ni在内锈层中富集，加强锈层的电负性，使得锈层具有离子选择性，阻碍Cl^-等侵蚀性离子的渗透；

当钢中同时添加Cr、Ni和Mo元素时，Mo元素能够促进Cr和Ni元素在锈层中的进一步富集进而提升材料的耐蚀性能。

本申请提供的耐蚀低密度钢的制备方法，通过将原料进行熔炼，然后经过锻造、热处理、轧制处理，提升钢材的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。

图1为对比例1和实施例3得到的钢材的微观组织SEM照片；

图2为实施例3和对比例1得到的钢材经过15天周浸试验后材料表面的腐蚀形貌。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

一种耐蚀低密度钢，以质量百分比计算，包括：

C1.4%-1.8%、Mn20%-26%、Al8%-13%、Cr1.0%-4.5%、Ni1.5%-4.5%、Mo0.5%-2.5%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。

在一个可选的实施方式中，所述耐蚀低密度钢，以质量百分比计算，包括：

C1.6%-1.7%、Mn21%-24%、Al10%-12%、Cr2.0%-3.5%、Ni2%-4%、Mo1%-2%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。

可选的，上述耐蚀低密度钢，以质量百分比计算，C的含量可以是1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%或者1.4%-1.8%之间的任一值，Mn的含量可以是20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%或者20%-26%之间的任一值，Al的含量可以是8%、9%、10%、11%、12%、13%或者8%-13%之间的任一值，Cr的含量可以是1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%或者1.0%-4.5%之间的任一值，Ni的含量可以是1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%或者1.5%-4.5%之间的任一值，Mo的含量可以是0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%或者0.5%-2.5%之间的任一值，S的含量可以是0.005%、0.01%、0.015%、0.02%或者小于等于0.02%的任一值，P的含量可以是0.005%、0.01%、0.015%、0.02%或者小于等于0.002%的任一值，余量为Fe及不可避免的杂质。

在一个可选的实施方式中，所述耐蚀低密度钢的密度为6.2g/cm³-6.8g/cm³，屈服强度为1100MPa-1200MPa，最大的抗拉强度为1200MPa-1400MPa，延伸率为20%-25%。

可选的，所述耐蚀低密度钢的密度可以为6.2 g/cm³、6.3 g/cm³、6.4 g/cm³、6.5g/cm³、6.6 g/cm³、6.7 g/cm³、6.8 g/cm³或者6.2g/cm³-6.8g/cm³之间的任一值，屈服强度可以为1100MPa、1150MPa、1200MPa或者1100MPa-1200MPa之间的任一值，抗拉强度可以为1200MPa、1300MPa、1400MPa或者1200MPa-1400MPa之间的任一值，延伸率可以为20%、21%、22%、23%、24%、25%或者20%-25%之间的任一值。

本申请还提供一种所述的耐蚀低密度钢的制备方法，包括：

将原料在真空感应炉进行熔化冶炼，得到铸锭；

将所述铸锭进行锻造、热处理、轧制处理，得到所述耐蚀低密度钢。

锻造是为了成型，方便后续的轧制，同时也可以起到一定程度的晶粒细化作用。热处理是为了更好的促进钢中k-π碳化物的形成，提升材料的强度和韧性。轧制是为了更好的得到优化组织，例如超细晶粒等等。

在一个可选的实施方式中，所述熔化冶炼的温度为1580℃-1650℃。

在一个可选的实施方式中，所述热处理的温度为1150℃-1200℃，保温时间为100min-150min。

可选的，所述熔化冶炼的温度可以为1580℃、1590℃、1600℃、1610℃、1620℃、1630℃、1640℃、1650℃或者1580℃-1650℃之间的任一值；所述热处理的温度可以为1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃或者1150℃-1200℃之间的任一值，保温时间可以为100 min、110min、120min、130min、140min、150min或者100min-150min之间的任一值。

在一个可选的实施方式中，所述轧制处理的开轧温度为1080℃-1100℃，终轧温度为950℃-980℃，轧制下压量为70%-85%。

可选的，所述轧制处理的开轧温度可以为1080℃、1090℃、1100℃或者1080℃-1100℃之间的任一值，终轧温度可以为950℃、960℃、970℃、980℃或者950℃-980℃之间的任一值，轧制下压量可以为70%、75%、80%、85%或者70%-85%之间的任一值。

在一个可选的实施方式中，所述轧制处理之后还包括：

水冷和保温处理。

在一个可选的实施方式中，所述保温处理包括第一保温和第二保温；

所述第一保温的温度为800℃-900℃，保温时间为4h-6h，保温结束后水冷至室温；

所述第二保温的温度为550℃-600℃，保温时间为2h-4h，保温结束后水冷至室温。

两次保温都是问了能够更好促进k-π碳化物的形成。

可选的，所述第一保温的温度可以为800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃或者800℃-900℃之间的任一值，保温时间可以为4 h、5h、6 h或者4h-6h之间的任一值；所述第二保温的温度可以为550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃或者550℃-600℃之间的任一值，保温时间可以为2 h、3 h、4 h或者2h-4h之间的任一值。

下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供一种耐腐低密度钢材，其具体成分以质量百分比计算包括：C1.6%、Mn22%、Al12%、Cr2.5%、P0.002%和S0.02%，余量为Fe和杂质元素。

本实施例还提供一种上述耐蚀低密度钢的制备方法，包括：

将原料利用真空感应炉冶炼得到钢锭，将钢锭锻造后，放入加热炉内加热，温度为1180℃，保温时间为120min；1100℃开轧，下压量为82%，终轧温度为960℃，水冷至室温；加热至850℃，保温4.5h，水冷至室温；加热至500℃，保温2.5h，然后水冷至室温。

实施例2

本实施例提供一种耐腐低密度钢材，其具体成分以质量百分比计算包括：C1.5%、Mn21.5%、Al11.8%、Ni2%、P0.002%和S0.02%，余量为Fe和杂质元素。

本实施例还提供一种上述耐蚀低密度钢的制备方法，包括：

将原料利用真空感应炉冶炼得到钢锭，将钢锭锻造后，放入加热炉内加热，温度为1180℃，保温时间为120min；1100℃开轧，下压量为82%，终轧温度为960℃，水冷至室温；加热至850℃，保温4.5h，水冷至室温；加热至500℃，保温2.5h，然后水冷至室温。

实施例3

本实施例提供一种耐腐低密度钢材，其具体成分以质量百分比计算包括：C1.5%、Mn21.5%、Al11.8%、Cr2.7%、Ni2.5%、Mo1.5%、P0.002%和S0.02%，余量为Fe和杂质元素。

本实施例还提供一种上述耐蚀低密度钢的制备方法，包括：

将原料利用真空感应炉冶炼得到钢锭，将钢锭锻造后，放入加热炉内加热，温度为1180℃，保温时间为120min；1100℃开轧，下压量为82%，终轧温度为960℃，水冷至室温；加热至850℃，保温4.5h，水冷至室温；加热至500℃，保温2.5h，然后水冷至室温。

对比例1

本实施例提供一种钢材，其具体成分以质量百分比计算包括：C1.4%、Mn20%、Al11%、P0.002%和S0.02%，余量为Fe和杂质元素。

本实施例还提供一种上述钢材的制备方法，包括：将原料利用真空感应炉冶炼得到钢锭，将钢锭锻造后，放入加热炉内加热，温度为1180℃，保温时间为120min；1100℃开轧，下压量为82%，终轧温度为960℃，水冷至室温；加热至400℃，保温2h，水冷至室温。

对比例1和实施例3得到的钢材的微观组织SEM照片如图1所示。

实施例和对比例得到的钢材的性能数据如表1所示：

表1 性能数据

由上表1可知，本申请实施例得到的钢材，在屈服强度、抗拉强度和延伸率方面具有优良的性能。

为测定材料的耐蚀性能，分别将对比例和实施例中的四种材料在3.5NaCl溶液中进行电化学测量和15天的周浸试验，分析材料的腐蚀电流，腐蚀电位和腐蚀速率。已评价材料的耐蚀性能。其结果如下表2所示：

表2 耐蚀性能测试结果

实施例3和对比例1得到的钢材经过15天周浸试验后材料表面的腐蚀形貌如图2所示。

由表2和图2可知，与对比例1相比，本申请实施例所得的钢材具有优异的耐腐蚀性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种耐蚀低密度钢，其特征在于，以质量百分比计算，包括：

C1.4%-1.8%、Mn20%-26%、Al8%-13%、Cr1.0%-4.5%、Ni1.5%-4.5%、Mo0.5%-2.5%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐蚀低密度钢，其特征在于，以质量百分比计算，包括：

C1.6%-1.7%、Mn21%-24%、Al10%-12%、Cr2.0%-3.5%、Ni2%-4%、Mo1%-2%、S≤0.02%和P≤0.002%，余量为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的耐蚀低密度钢，其特征在于，所述耐蚀低密度钢的密度为6.2g/cm³-6.8g/cm³，屈服强度为1100MPa-1200MPa，抗拉强度为1200MPa-1400MPa，延伸率为20%-25%。

4.一种权利要求1-3任一项所述的耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，包括：

将原料在真空感应炉进行熔化冶炼，得到铸锭；

将所述铸锭进行锻造、热处理、轧制处理，得到所述耐蚀低密度钢。

5.根据权利要求4所述的耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，所述熔化冶炼的温度为1580℃-1650℃。

6.根据权利要求4所述的耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为1150℃-1200℃，保温时间为100min-150min。

7.根据权利要求4所述的耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，所述轧制处理的开轧温度为1080℃-1100℃，终轧温度为950℃-980℃，轧制下压量为70%-85%。

8.根据权利要求4所述的耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，所述轧制处理之后还包括：

水冷和保温处理。

9.根据权利要求8所述的耐蚀低密度钢的制备方法，其特征在于，所述保温处理包括第一保温和第二保温；

所述第一保温的温度为800℃-900℃，保温时间为4h-6h，保温结束后水冷至室温；

所述第二保温的温度为550℃-600℃，保温时间为2h-4h，保温结束后水冷至室温。

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