[发明专利]比强塑积高于6.0 GPa%/gcm-3

说明书

本发明提供一种比强塑积高于6.0GPa％/gcm^‑3的高碳低合金低密度钢及其热处理工艺，此钢种的具体化学成分如下(质量分数，％)：C：0.55～0.75，Cr：0.20～1.00，Mn:1.0～2.0，Al:2.5～4.5，Nb：0.02～0.06，P0.003，S0.001，剩余是铁。相对应的热处理工艺采用淬火‑分配‑回火(Q‑P‑T)工艺。本发明通过改变高碳低合金钢化学成分及调整热处理工艺提高高碳钢的力学性能，使其比强塑积高于6.0GPa％/gcm^‑3以上。

技术领域

本发明涉及一种钢的化学成分和热处理工艺，即涉及一种比强塑积高于6.0GPa％/gcm^-3的高碳低合金低密度钢及其热处理工艺。

背景技术

汽车材料的选择受几个因素所控制，其中最重要的三个性能：轻质性、焊接性和安全性。先进高强度钢(advanced high strength steel，AHSSs)的发展满足了减轻汽车的重量，达到节能减排的目的，也增强了安全性。在AHSSs 的研究基础上发展起来的低密度钢进一步可减轻汽车的重量，更有效地满足节能减排的目的。目前低密度钢是在第三代先进高强度钢的基础上主要通过加Al 而发展起来的。

通常表征钢铁材料基本力学性能的指标为强度(单位：MPa)和伸长率 (单位：％；可用来表示塑性)。钢铁材料的强度和塑性往往互相矛盾，即材料强度的提高会导致其塑性的降低。因此，为了能综合判断材料性能，通常以材料的强塑积(product of strength andelongation，PSE)，即抗拉强度与总伸长率的乘积，作为其综合性能的判据。若将轻质性也纳入评判钢综合力学性能的标准，则比强塑积(SPSE：PSE/密度)更为合适，即单位密度的强塑积越高，代表钢铁材料的强度与塑性不降低的情况下，汽车结构件的重量越轻，更能达到节能减排的效果。低密度钢按合金成分和室温微观组织大体可分为三类：1)铁素体钢；2)铁素体/奥氏体双相钢；3)奥氏体钢。这三类钢基本对应三代先进高强钢，只是提高了碳含量，以弥补Al加入后强度的降低。因此，含Al的高碳低合金钢比含Al的中碳和低碳低合金钢具有更大比强塑积的潜力。高的比强塑积表示轻质材料具有优良的综合力学性能，其获得途径为进行最优的材料成分设计及热处理工艺设计。高的比强塑积是先进高强度钢的重要指标。

经对现有技术文献检索发现：

Yi H L,Ryu J H,Bhadeshia H K D H,et al.Low-alloy duplex,directlyquenched transformation-induced plasticity steel[J].Scripta Materialia,2011,65(7):604-607.文章对0.4C-1.03Mn-2.95Al-0.22Si轻质钢进行不同工艺的热处理，得到组织为δ-铁素体、残余奥氏体以及马氏体混合组织。结果表明，其最佳性能为强度900MPa和伸长率28％，得到最高强塑积为25.2GPa％，比强塑积3.3GPa％/gcm^-3。此外，易红亮等的研究还表明：2.50wt.％Al的合金(Fe-0.4C-0.26Si-2.02Mn-2.50Al,wt.％)加热至1000℃时均奥氏体化，即高温δ-铁素体全部转变为奥氏体，因此，2.50wt.％Al钢的热轧组织为常规由奥氏体转变的α铁素体+珠光体组织。在Al含量提高至3.50wt.％的合金 (Fe-0.39C-0.77Si-1.50Mn-3.35Al，wt.％)加热至1000℃保留了部分的高温δ- 铁素体。低合金δ-铁素体低密度钢目前报道均为是中、低碳钢，其强塑积在 20-30GPa％，密度在7.5g/cm³左右，故SPSE在2.7-4.0GPa％/gcm^-3。