CN114752866A - 一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114752866A
CN114752866A CN202210432665.4A CN202210432665A CN114752866A CN 114752866 A CN114752866 A CN 114752866A CN 202210432665 A CN202210432665 A CN 202210432665A CN 114752866 A CN114752866 A CN 114752866A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
corrosion
resistant
equal
light steel
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.)
Granted
Application number
CN202210432665.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114752866B (zh
Inventor
刘日平
王青峰
张新宇
彭嘉婧
胡文俊
王子若
窦云奇
王锁涛
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.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
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 Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN202210432665.4A priority Critical patent/CN114752866B/zh
Publication of CN114752866A publication Critical patent/CN114752866A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114752866B publication Critical patent/CN114752866B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel 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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • 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
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • 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
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • 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
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite

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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明提供了一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用，属于奥氏体不锈钢技术领域。本发明控制轻质元素Al和C的含量，实现钢材轻量化和高强塑韧性，提高耐腐蚀性能，添加Cr、Ni、Cu元素，获得稳定的单相奥氏体，提高耐蚀性，抑制脆性碳化物，提高钢的耐腐蚀性能以及抗低温冲击(‑40℃)。本发明所提供的奥氏体轻质钢的密度ρ≤7.2g/cm3；在温度25±1℃和浓度3.5％的NaCl溶液人工海水环境中，全浸720h时无点蚀且失重不超过0.05g/m2；屈服强度ReL≥390MPa，抗拉强度Rm≥750MPa，延伸率A5≥45％，‑40℃KV2冲击功≥250J。

Description

一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的不断发展，能耗过高及环境排放等一系列问题日益严重。其解决方案，一方面是采用清洁能源代替燃油动力，另一方面是通过交通运载装备减重从而减轻油耗与污染。因此，交通运载装备轻量化是节能环保的一个重要举措。众多海洋船舶、结构物等装备的轻量化对海洋环境保护、节能降耗尤为重要，同时，还必须高度重视相应钢材在长期海水环境中耐腐蚀性能的提高。为此，Fe-Mn-Al-C系合金钢通过加入轻量化元素Al(一般5％以上)以降低材料密度，同时加入适量Mn、C等奥氏体稳定化元素，成为一种奥氏体轻质钢，且较多的Al使钢的表面形成Al2O3的钝化膜以阻止腐蚀介质浸入，耐腐蚀性能良好，从而极有可能兼具轻质化、耐腐蚀及高强塑韧性等多项高性能，是一种应用前景广阔的结构功能一体化钢铁材料。
对比现有专利发现，中国发明专利CN 110066969 A公开了一种高耐蚀高铝含量低密度钢及其制备方法，其各组分的质量百分数为0.010～0.035％C、0.010～0.20％Mn、4.01～6.00％Al、0.10～0.80％Mo、1.00～3.00％Ni、0.01～0.30％Si、0.08～0.20％Nb、≤0.03％Si、≤0.015％P、≤0.005％S、0.00～0.050％Ce，其他为铁及不可避免的杂质。尽管其Al含量达到4.01～6.00％，但Cr、Cu、Si等重要的耐蚀性元素缺少，导致耐蚀性不足。且其C、Mn含量极低，组织为δ铁素体，低温韧性也不足。
中国发明专利CN 112899579 A公开了一种耐腐蚀高强轻质钢及制备方法，其各组分的质量百分数为1.4～1.7％C、25～30％Mn、10～12％Al、3～5％Cr、0.05～0.1％Nb、≤0.03％S、≤0.03％P，余量为Fe及不可避免的杂质。虽然其Al含量较高、密度较低，但也缺少重要的耐蚀性元素Ni、Si、Cu，且因C、Al过高而易形成δ相和沿晶κ脆性相，其耐蚀性能和冲击性能均也不足。
中国发明专利CN 106756478 A公开了一种经济型耐海水腐蚀用低密度低合金钢及其制备方法，其各组分的质量百分数为：0.03～0.20％C、0.01～1.0％Si、0.01～2.0％Mn、<0.005％S、<0.02％P、0.5～2.0％A1，余量为Fe及不可避免的杂质。其Al含量很低，轻量化与耐蚀性均严重不足。
中国发明专利CN 103031487 A公开了一种高强度、高延展性以及高耐腐蚀性铁锰铝碳合金的成份设计及其处理方法，其各组分质量百分数为：23～34％Mn、6～12％Al、1.4～2.2％C，余量为铁，经固溶+450～550℃氮化-时效处理后使用。尽管其Al含量较高、密度相应较低，但同样也缺少重要的耐蚀性元素Ni、Cr、Si、Cu，且虽经氮化处理但表面氮化层极薄，其长期耐蚀性也不足。
综上所述，现有Fe-Mn-Al-C系轻质钢，或者Al含量很低导致本质上不属于轻质钢，或者因Ni、Cr、Cu、Si等重要的耐蚀性元素缺少而耐蚀性不足，或者因Al含量较高而易形成δ、κ脆性相且导致耐蚀性与低温韧性均有不足。为此，使奥氏体轻质钢获得既耐腐蚀又抗低温冲击的卓越综合性能意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用，具有优异的耐腐蚀性能和抗低温冲击性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢，包括以下质量百分含量的化学组分：Mn 19～22％，Al 5.50～6.80％，C 0.70～0.82％，Si 0.50～0.90％，Cr 1.20～2.00％，Ni 0.20～0.40％，Cu 0.20～0.50％，Nb 0.12～0.25％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括以下质量百分含量的化学组分：Mn 20～21％，Al 6.51～6.79％，C 0.72～0.80％，Si 0.64～0.83％，Cr 1.52～1.61％，Ni 0.24～0.36％，Cu 0.22～0.36％，Nb 0.18～0.20％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明提供了上述技术方案所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的制备方法，包括以下步骤：
将所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的化学组分所对应的原料混合，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；
将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭；
将所述电渣锭进行控温轧制，得到轧件；
将所述轧件进行淬火固溶，得到耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢。
优选的，所述浇注的温度为1400～1450℃；所述浇注后，将所得铸件进行冷却，所述冷却的冷速为16～20℃/h。
优选的，所述电渣重熔的熔速为8～12kg/min；所述电渣重熔后，将所得电渣料降温，所述降温的速率为15～20℃/h。
优选的，所述控温轧制的条件包括：开轧温度为1120～1140℃，以6～20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥930℃。
优选的，所述淬火固溶的条件包括：冷速≥5℃/s，入水温度≥900℃，终冷温度≤300℃。
优选的，得到所述电渣锭后，还包括：将所述电渣锭以45～50℃/h的升温速度加热至1140～1180℃，进行保温；所述保温的时间≥10h，进行锻造成形；所述锻造成形包括依次进行的整形、展宽、拔长和整形；终锻温度≥880℃。
优选的，所述锻造成形的过程中，当锻件发生温降至880℃时，回炉升温至1140～1180℃，进行保温，所述保温的时间≥1h。
本发明提供了上述技术方案所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢在交通运载装备中的应用。
本发明提供了一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢，本发明控制轻质元素Al和C的含量，实现钢材轻量化和高强塑韧性；同时控制Al和C含量提高耐腐蚀性能，适量添加Cr、Ni、Cu元素，获得稳定的单相奥氏体，抑制点蚀，提高耐蚀性，抑制脆性碳化物，提高钢的耐腐蚀性能以及抗低温冲击(-40℃及以下)；控制Mn和C含量得到单相奥氏体组织，无晶界碳化物和铁素体；抗低温冲击性能(增加沿晶κ脆性相)。本发明所提供的奥氏体轻质钢的密度ρ≤7.2g/cm3；在温度25±1℃和浓度3.5％的NaCl溶液人工海水环境中，全浸720h时无点蚀且失重不超过0.05g/m2；钢的屈服强度ReL≥390MPa，抗拉强度Rm≥750MPa，延伸率A5≥45％，-40℃KV2冲击功≥250J。
本发明提供了所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的制备方法，本发明采用冶炼铸锭、电渣重熔、控温轧制和淬火固溶的方法制备轻质钢，控温轧制+淬火固溶处理抑制脆性碳化物和高温铁素体的析出，形成单一奥氏体组织，避免在奥氏体晶界析出使得冲击断裂过程中裂纹在晶界扩展，形成沿晶断裂，沿晶断裂的时候裂纹形成功和扩展功很小，冲击很低，从而获得低密度(ρ≤7.2g/cm3)、高强度(ReL≥390MPa、Rm≥750MPa)、良好塑韧性(A5≥45％、-40℃KV2≥250J)及优异耐蚀性(海水环境无点蚀、失重不超过0.05g/m2)的卓越综合性能，便于实现工业化流程生产。
进一步的，本发明优化冶炼铸锭、电渣重熔、锻造成形、轧制和固溶工艺参数，确保耐蚀合金完全固溶和均匀单相奥氏体组织，抑制脆性碳化物，所制备的轻质钢耐蚀性和塑韧性优异。
附图说明
图1为实施例1制备的奥氏体轻质钢的原始金相组织图；
图2为实施例1制备的奥氏体轻质钢在人工海水浸泡720h后的金相组织图；
图3为对比例1制备的钢产品在人工海水浸泡720h后的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢，包括以下质量百分含量的化学组分：Mn 19～22％，Al 5.50～6.80％，C 0.70～0.82％，Si 0.50～0.90％，Cr 1.20～2.00％，Ni 0.20～0.40％，Cu 0.20～0.50％，Nb 0.12～0.25％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明中，若无特殊说明，所需原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Mn 19～22％，优选为20～21％。Mn作为奥氏体稳定化元素，能够扩大奥氏体相区、缩小铁素体相区、抑制κ脆性相。同时Mn起到固溶强化的作用，相应提高钢的加工硬化率。本发明将Mn含量限定为19～22％，较高的Mn含量有利于获得单相奥氏体组织，从而改善钢的塑韧性与耐蚀性。避免锰含量过多，导致钢的晶粒粗大化，且热导率急剧下降、线胀系数上升，导致工作加热或冷却时形成较大内应力，显著增大开裂倾向、恶化热加工性，不易多加。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Al 5.50～6.80％，优选为6.51～6.79％。本发明将Al含量限定为5.50～6.80％，能够显著降低钢的密度，每添加1％的Al使密度降低0.101g/cm3，密度ρ≤7.2g/cm3需要添加5.5％以上的Al，同时Al显著提高钢的耐腐蚀性能和强度。避免Al作为铁素体形成元素，过多的Al含量缩小奥氏体区间、促进δ、κ脆性相，反而降低塑韧性和耐蚀性。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括C 0.70～0.82％，优选为0.72～0.80％。C是非常显著的奥氏体稳定化和固溶强化元素，提高C含量，可以扩大奥氏体相区和提高强度。但是，过多的C会与Mn、Al形成沿晶κ脆性相，从而不利于钢的耐蚀性和塑韧性。因此，本发明将C含量限定为0.70～0.82％。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Si 0.50～0.90％，优选为0.64～0.83％。Si是有效的脱氧元素和固溶强化元素，提高Si含量，可减少钢中氧化物夹杂、相应减轻点蚀，同时提高强度。但是，过多的Si降低碳在奥氏体中的溶解度，使δ相和κ碳化物数量增多，冲击韧性和耐蚀性相应下降。因此，本发明将Si含量限定为0.50～0.90％。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Cr 1.20～2.00％，优选为1.52～1.61％。Cr因提高基体的电极电位而增强耐腐蚀性能，且固溶处理时大部分Cr溶入奥氏体，提高其稳定性，并在冷却时抑制沿晶κ碳化物，增加Cr含量可同时提高耐蚀性及塑韧性。但过多的Cr易增加沿晶析出的网状碳化物，反而降低冲击韧性与塑韧性。因此，本发明将Cr含量限定为1.20～2.00％。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Ni 0.20～0.40％，优选为0.24～0.36％。Ni因提高基体的电极电位而增强耐腐蚀性能，且Ni可抑制碳从奥氏体中脱溶，抑制沿晶碳化物的析出，同时Ni改善抗氧化性能，增加Ni含量可同时提高耐蚀性及低温韧性，但Ni是贵重元素，不宜多加。因此，本发明将Ni含量限定为0.20～0.40％。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Cu 0.20～0.50％，优选为0.22～0.36％。Cu具有类似于Ni的提高耐蚀性效果，但过多Cu会和Al形成CuAl的B2相，降低钢的塑韧性。因此，本发明钢将Cu含量限定为0.20～0.50％。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括Nb 0.12～0.25％，优选为0.18～0.20％。Nb是强碳化物形成元素，高温下易形成细小的Nb(C,N)，可有效钉扎晶界而细化晶粒，抑制κ碳化物析出，从而有利于提高塑韧性。但是，过多的Nb易增加沿晶析出的网状碳化物，反而降低冲击韧性与塑韧性。因此，本发明钢将Nb的含量限定为0.12～0.25％。
以质量百分含量计，本发明提供的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢中，P≤0.012％，S≤0.003％。P为有害元素，因所述钢的高碳含量降低了P在奥氏体中的溶解度，易沿晶析出薄膜状磷化物，引起工件热裂，并降低钢的塑韧性，本发明将P的含量控制为≤0.012％，避免上述不利影响。本发明将S的含量控制为≤0.003％S，避免S形成MnS夹杂物，增加热脆性，降低塑韧性。
本发明提供了上述技术方案所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的制备方法，包括以下步骤：
将所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的化学组分所对应的原料混合，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；
将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭；
将所述电渣锭进行控温轧制，得到轧件；
将所述轧件进行淬火固溶，得到耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢。
本发明将所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的化学组分所对应的原料混合，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭。本发明对所述原料的具体种类没有特殊的限定，根据本领域熟知的原料选择即可；在本发明的实施例中，具体为电解锰、石墨化碳粉、金属铌、钒铁、纯铜、硅铁、金属镍和纯铝。
在本发明中，所述冶炼优选采用真空感应炉冶炼或电弧炉-精炼炉-真空脱气炉三联法冶炼，所述精炼炉进行精炼的时间优选≥30min，所述真空脱气炉进行真空脱气的时间优选为10～30min。
本发明对所述冶炼的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可；在本发明的实施例中，具体为将除铝以外的原料随炉加入后，抽真空至0.1Pa以下，通电熔化原料，待随炉加入原料熔化完毕后分3批次加入纯铝；待全部原料熔化完毕后，钢水精炼30min，并充分搅拌使得钢水充分均匀化，进行浇注。
完成所述冶炼后，本发明将所得钢水进行浇注；所述浇注的温度优选为1400～1450℃；浇注完成后，本发明优选静置1h后脱模，将所得铸件冷却至室温，所述冷却的冷速优选为16～20℃/h。本发明对所述浇注所用模具没有特殊的限定，本领域熟知的对应模具均可。
得到铸锭后，本发明将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭。
进行所述电渣重熔前，本发明优选将所述铸锭进行扒皮打磨，清除表面微裂纹和氧化皮以后作为电渣重熔的电极棒，以防止电渣锭产生缺陷。在本发明中，所述电渣重熔的熔速优选为8～12kg/min(重新熔化后再凝固)；所述电渣重熔的过程中全程优选采用氩气保护；所述电渣重熔后，优选将所得电渣料脱模后，降温至室温，得到电渣锭；所述降温的速率优选为15～20℃/h。
得到电渣锭后，本发明将所述电渣锭直接进行控温轧制，或者将所述电渣锭锻造成形后，再进行控温轧制。
当本发明将所述电渣锭锻造成形后，再进行控温轧制时，先将所述电渣锭以45～50℃/h的升温速度加热至1140～1180℃，进行保温；所述保温的时间优选≥10h，进行锻造成形；本发明进行保温直至电渣锭充分均匀化，再进行锻造成形。
在本发明中，所述锻造成形优选包括依次进行的整形、展宽、拔长和整形；开锻温度优选为1041～1150℃；终锻温度优选≥880℃；所述锻造成形的过程中，当锻件发生温降至880℃时，回炉升温至1140～1180℃，进行保温直至锻成适合于轧制的板状坯料，所述保温的时间优选≥1h。本发明对所述适合于轧制的板状坯料的判断标准没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程判定即可。在本发明中，所述锻造成形所得板坯的厚度优选为100～200mm。
锻造成形结束后，本发明优选将所得锻造坯料切除冒口后缓冷至室温，进行控温轧制。本发明对所述缓冷至室温的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述控温轧制的过程优选包括：以45～55℃/h的升温速度加热至1140～1170℃，保温后，进行轧制；开轧温度为1120～1140℃，以6～20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥930℃，更优选为1050～930℃。在本发明中，所述保温的时间≥4h；本发明进行保温直至组织完全均匀后出炉轧制；所述控温轧制所得板材厚度优选为15～40mm。
得到轧件后，本发明将所述轧件进行淬火固溶，得到耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢。在本发明中，所述淬火固溶的方式优选为在线淬火固溶；本发明优选将所述轧件直接送入层流水或水槽，进行淬火固溶；所述淬火固溶的条件优选包括：冷速≥5℃/s，入水温度≥900℃，更优选为930～970℃，终冷温度优选≤300℃。
本发明提供了上述技术方案所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢在交通运载装备中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1～5
表1实施例1～5和对比例1～2的原料配比(％)
Figure BDA0003611566690000081
Figure BDA0003611566690000091
实施例1～3制备方法：
按照表1所示的化学成分进行配料，采用真空感应炉进行冶炼，将电解锰、石墨化碳粉、金属铌、钒铁、纯铜、硅铁、金属镍随炉加入，抽真空至0.1Pa以下，再通电熔化原料，待随炉加入原料熔化完毕后分3批次加入纯铝；待全部原料熔化完毕后，钢水精炼30min，并充分搅拌使得钢水充分均匀化，控制钢水浇注温度为1400～1450℃，将钢水浇注在圆形铸模中；浇注完成在炉中静置1h后破空脱模，以16～20℃/h的冷速缓冷至室温，得到铸锭，具体冶炼铸锭参数见表2；
将所述铸锭进行扒皮打磨，清除表面微裂纹和氧化皮以后作为电渣重熔的电极棒，以防止电渣锭产生缺陷，将铸锭以8～12kg/min的熔速重新熔化后再凝固，电渣重熔过程中全程采用氩气保护，将所得电渣锭脱模后以15～20℃/h的降温速度缓冷至室温，得到电渣锭，具体电渣重熔参数见表3；
将所述电渣锭以45～55℃/h的升温速度加热至1140～1170℃，保温4h以上，使组织完全均匀，将加热好的板坯出炉轧制，开轧温度为1120～1140℃，终轧温度为1050～930℃，得到轧件，具体控温轧制参数见表4；
轧制完成后，将所述轧件立即进行在线淬火固溶，入水温度≥900℃，在线淬火冷速≥5℃/s，终冷温度≤300℃，具体淬火固溶参数见表4。
实施例4～5制备方法：
按照表1所示的化学成分进行配料，采用真空感应炉进行冶炼，将电解锰、石墨化碳粉、金属铌、钒铁、纯铜、硅铁、金属镍随炉加入，抽真空至0.1Pa以下，再通电熔化原料，待随炉加入原料熔化完毕后分3批次加入纯铝；待全部原料熔化完毕后，钢水精炼30min，并充分搅拌使得钢水充分均匀化，控制钢水浇注温度为1400～1450℃，将钢水浇注在圆形铸模中；浇注完成在炉中静置1h后破空脱模，以16～20℃/h的冷速缓冷至室温，得到铸锭，具体冶炼铸锭参数见表2；
将所述铸锭进行扒皮打磨，清除表面微裂纹和氧化皮以后作为电渣重熔的电极棒，以防止电渣锭产生缺陷，将铸锭以8～12kg/min的熔速重新熔化后再凝固，电渣重熔过程中全程采用氩气保护，将所得电渣锭脱模后以15～20℃/h的降温速度缓冷至室温，得到电渣锭，具体电渣重熔参数见表3；
将电渣锭入加热炉，以45～50℃/h的升温速度缓慢加热至1140～1180℃，保温10小时以上，使电渣锭充分均匀化；按整形、展宽、拔长和整形的工序进行锻造成形，开锻温度1041～1150℃，当锻件发生温降至接近880℃时，回炉升温至1140～1180℃，加热时间不少于1h，直到锻成适合于轧制的板坯，终锻温度≥880℃；具体锻造成形参数见表5；
将锻态板坯以45～55℃/h的升温速度加热至1140～1170℃，保温4h以上，使组织完全均匀，将加热好的板坯出炉轧制，开轧温度为1120～1140℃，轧制板材厚度为15～40mm，终轧温度为1050～930℃，得到轧件，具体控温轧制参数见表4；
轧制完成后，将所述轧件立即进行在线淬火固溶，入水温度≥900℃，在线淬火冷速≥5℃/s，终冷温度≤300℃，具体淬火固溶参数见表4。
表2实施例1～5和对比例1～2的冶炼铸锭参数
浇注温度/℃ 冷却速度/℃·h<sup>-1</sup>
实施例1 1410 17
实施例2 1405 16
实施例3 1420 18
实施例4 1410 20
实施例5 1450 16
对比例1 1450 18
对比例2 1440 19
表3实施例1～5和对比例1～2的电渣重熔参数
熔速/kg·min<sup>-1</sup> 降温速度/℃·h<sup>-1</sup>
实施例1 10 17
实施例2 9 16
实施例3 8 18
实施例4 10 20
实施例5 12 16
对比例1 10 18
对比例2 10 19
表4实施例1～5和对比例1～2的控温轧制和淬火固溶参数
Figure BDA0003611566690000111
Figure BDA0003611566690000121
表5实施例4～5的锻造成形参数
升温速度 加热温度/℃ 保温时间/h 开锻温度/℃ 终锻温度/℃
实施例4 47 1180 10 1150 942
实施例5 49 1172 10 1041 930
表征及性能测试
1)图1为实施例1制备的奥氏体轻质钢的原始金相组织图，可看出原始组织为全奥氏体组织。
图2为实施例1制备的奥氏体轻质钢在人工海水浸泡720h后的金相组织图；与图1对比，无点蚀形貌出现。
图3为对比例1制备的钢产品在人工海水浸泡720h后的金相组织图；与图1对比产生点蚀形貌。
2)从热轧+在线淬火固溶的钢板上取样，检测实施例1～5和对比例1～2制备的钢板的材料密度、拉伸性能、-40℃冲击性能和耐腐蚀性能。密度利用阿基米德原理，使用排水法测定，拉伸性能根据国标《GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法》测定，冲击性能根据《GB/T 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》测定。全浸腐蚀试验按照GB10124《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行，腐蚀环境为温度25±1℃、浓度3.5％的NaCl溶液人工海水环境，试验验周期为720h，将腐蚀失重作为耐腐蚀性能评价指标。试验结果如表6所示。
表6实施例1～5和对比例1～2制备的产品性能数据
Figure BDA0003611566690000122
Figure BDA0003611566690000131
由表6以及图1～3可知，本发明实施例1～5的奥氏体轻质钢的密度ρ≤7.2g/cm3，组织为单一奥氏体，屈服强度ReL≥390MPa、抗拉强度Rm≥750MPa、延伸率A5≥45％、-40℃KV2冲击功≥250J，全浸腐蚀样品无点蚀且失重不超过0.05g/m2，具有耐腐蚀性能优异且抗低温冲击的典型特征。对比例1的Mn含量低于本发明钢的下限值19％、Al含量高于本发明钢的上限值6.80％，对比例2的轧后固溶入水温度低于本发明钢的下限值900℃，形成奥氏体+沿晶碳化物的不良组织，导致塑韧性明显下降，全浸腐蚀样品出现点蚀且失重超过0.05g/m2，不具有本发明钢的典型特征。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢，其特征在于，包括以下质量百分含量的化学组分：Mn 19～22％，Al 5.50～6.80％，C 0.70～0.82％，Si 0.50～0.90％，Cr 1.20～2.00％，Ni 0.20～0.40％，Cu 0.20～0.50％，Nb 0.12～0.25％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢，其特征在于，所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢包括以下质量百分含量的化学组分：Mn 20～21％，Al 6.51～6.79％，C 0.72～0.80％，Si 0.64～0.83％，Cr 1.52～1.61％，Ni 0.24～0.36％，Cu 0.22～0.36％，Nb 0.18～0.20％，P≤0.012％，S≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.权利要求1或2所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢的化学组分所对应的原料混合，依次进行冶炼和浇注，得到铸锭；
将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭；
将所述电渣锭进行控温轧制，得到轧件；
将所述轧件进行淬火固溶，得到耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为1400～1450℃；所述浇注后，将所得铸件进行冷却，所述冷却的冷速为16～20℃/h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述电渣重熔的熔速为8～12kg/min；所述电渣重熔后，将所得电渣料降温，所述降温的速率为15～20℃/h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述控温轧制的条件包括：开轧温度为1120～1140℃，以6～20mm的道次压下量进行轧制，终轧温度≥930℃。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述淬火固溶的条件包括：冷速≥5℃/s，入水温度≥900℃，终冷温度≤300℃。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，得到所述电渣锭后，还包括：将所述电渣锭以45～50℃/h的升温速度加热至1140～1180℃，进行保温；所述保温的时间≥10h，进行锻造成形；所述锻造成形包括依次进行的整形、展宽、拔长和整形；终锻温度≥880℃。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述锻造成形的过程中，当锻件发生温降至880℃时，回炉升温至1140～1180℃，进行保温，所述保温的时间≥1h。
10.权利要求1或2所述耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢在交通运载装备中的应用。
CN202210432665.4A 2022-04-24 2022-04-24 一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用 Active CN114752866B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210432665.4A CN114752866B (zh) 2022-04-24 2022-04-24 一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210432665.4A CN114752866B (zh) 2022-04-24 2022-04-24 一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114752866A true CN114752866A (zh) 2022-07-15
CN114752866B CN114752866B (zh) 2022-11-04

Family

ID=82332372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210432665.4A Active CN114752866B (zh) 2022-04-24 2022-04-24 一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114752866B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116426836A (zh) * 2023-05-16 2023-07-14 燕山大学 一种Fe-Mn-Al-C-Nb-V奥氏体轻质钢及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070209738A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-13 National Chiao Tung University High strength and high toughness alloy with low density and the method of making
CN107557679A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 鞍钢股份有限公司 具有良好强塑性的轻质奥氏体钢及其生产方法
CN108642403A (zh) * 2018-05-28 2018-10-12 河北工业大学 一种780MPa级超高强度Fe-Mn-Al-C系轻质铸钢及其制备方法
CN108779528A (zh) * 2016-03-01 2018-11-09 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 具有高延展性的奥氏体低密度高强度钢带材或片材、制备所述钢的方法及其用途
CN110819908A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 燕山大学 一种高强低密度奥氏体钢及其制备方法
CN113088826A (zh) * 2021-02-25 2021-07-09 钢铁研究总院 一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法
CN113166826A (zh) * 2018-12-04 2021-07-23 安赛乐米塔尔公司 经冷轧和退火的钢板、其制造方法以及这样的钢用于制造车辆部件的用途

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070209738A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-13 National Chiao Tung University High strength and high toughness alloy with low density and the method of making
CN108779528A (zh) * 2016-03-01 2018-11-09 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 具有高延展性的奥氏体低密度高强度钢带材或片材、制备所述钢的方法及其用途
US20190055622A1 (en) * 2016-03-01 2019-02-21 Tata Steel Nederland Technology B.V. Austenitic, low-density, high-strength steel strip or sheet having a high ductility, method for producing said steel and use thereof
CN107557679A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 鞍钢股份有限公司 具有良好强塑性的轻质奥氏体钢及其生产方法
CN108642403A (zh) * 2018-05-28 2018-10-12 河北工业大学 一种780MPa级超高强度Fe-Mn-Al-C系轻质铸钢及其制备方法
CN113166826A (zh) * 2018-12-04 2021-07-23 安赛乐米塔尔公司 经冷轧和退火的钢板、其制造方法以及这样的钢用于制造车辆部件的用途
CN110819908A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 燕山大学 一种高强低密度奥氏体钢及其制备方法
CN113088826A (zh) * 2021-02-25 2021-07-09 钢铁研究总院 一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116426836A (zh) * 2023-05-16 2023-07-14 燕山大学 一种Fe-Mn-Al-C-Nb-V奥氏体轻质钢及其制备方法
CN116426836B (zh) * 2023-05-16 2024-01-05 燕山大学 一种Fe-Mn-Al-C-Nb-V奥氏体轻质钢及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114752866B (zh) 2022-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107653421B (zh) 一种耐海水腐蚀的超高强度马氏体时效不锈钢
CN111575588B (zh) 一种马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法与应用
CN101845605B (zh) 一种中低温强度优异的奥氏体不锈钢板及其制造方法
CN111826589B (zh) 具有高强度高耐蚀性的塑料模具钢及其制备方法
CN106756614B (zh) 耐海洋大气、海水飞溅腐蚀的210mm厚易焊接F690钢板
CN113046654B (zh) 一种高塑性高强度高耐蚀不锈钢及其制备方法
CN108796391B (zh) 一种具有优良塑韧性和抗鳞爆性的搪玻璃用钢及其制造方法
CN114250421B (zh) 焊后抗晶间腐蚀和点蚀性能优于316l的高氮奥氏体不锈钢及制造方法
WO2024001078A1 (zh) 一种80mm厚690MPa级超高强韧海工钢板及其制备方法
CN114561517B (zh) 一种低密度高塑韧性钢及其制备方法和应用
CN114807772B (zh) 一种时效强化的高强韧轻质钢及其制造方法
CN114752866B (zh) 一种耐腐蚀抗低温冲击奥氏体轻质钢及其制备方法和应用
CN108642404B (zh) 一种抗疲劳耐腐蚀孪生诱发塑性钢及其制备方法
CN112877610B (zh) 一种耐点蚀多组元沉淀硬化不锈钢及其热处理工艺
CN114875318B (zh) 一种弥散δ相强化的低密度高强韧钢及其制造方法
CN109913758B (zh) 高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法
CN114752864B (zh) 一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用
CN113174534B (zh) 一种大厚度tmcp态fo460船舶用钢板及其制造方法
CN114086080B (zh) 一种双相异构轻质高强钢及制备方法
KR101243129B1 (ko) 고경도 및 고인성 석출경화형 금형강 및 그 제조방법
CN114774806B (zh) 一种高强韧轻质钢板及其制备方法和应用
CN114892084B (zh) 一种冲击韧性高的高强奥氏体轻质钢及其制造方法
CN114807782B (zh) 一种弥散强化的超高强高塑轻质钢及其制造方法
CN114250422B (zh) 一种韧性好热导率高的模具钢及其制备方法
CN116479335B (zh) 一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢及其制造方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant