[发明专利]一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202110037716.9 申请日: 2021-01-12
公开(公告)号: CN113278896B 公开(公告)日: 2022-01-18
发明(设计)人: 罗海文;刘志鹏 申请(专利权)人: 北京科技大学
主分类号: C22C38/58 分类号: C22C38/58;C22C38/06;C22C38/38;C22C38/08;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/12;C22C38/16;C22C38/14;C22C38/20;C22C38/22;C22C38/26;C22C38/28;C22C38/2
代理公司: 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 代理人: 张仲波
地址: 100083*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 fe mn al 强度 密度 及其 制备 方法
【说明书】:

本发明提供一种Fe‑Mn‑Al‑C系高强度低密度钢及其制备方法。本发明提供的高强度低密度钢包括以下质量百分含量的元素组分:C 1.0~2.0%,Mn20~40%,Al 10~14%,2%≤Ni+Cr≤15%,余量为Fe。该制备方法通过钢的冶炼、凝固铸造、热加工(锻/轧)等步骤后,在1100~1200℃的温度范围内,将钢板固溶处理10min~6h后冷却至室温制得高强度低密度钢。该发明通过对合金成分与加工工艺进行调控,最终获得组织均匀的奥氏体基高强度低密度钢,其屈服强度≥1000MPa且密度为6.0~6.6g/cm3

技术领域

本发明涉及工程用钢和消费电子类零部件用钢领域,特别是指一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法。

背景技术

随着节能环保要求的日益提高和经济效益的驱动,汽车轻量化已成为汽车行业的迫切需求和未来的发展趋势。目前,实现汽车轻量化主要有以下三种途径:一是采用轻量化原材料,如使用车用铝合金、车用镁合金、工程塑料、碳纤维复合材料等。虽然轻量化原材料的使用能够降低汽车的总体重量,但铝合金成形工艺复杂、焊接性能较差、碰撞吸收能较低;镁合金塑性差、热稳定性差、耐腐蚀性能差;工程塑料和碳纤维复合材料价格昂贵、产量较小,这些因素限制了轻量化原材料的研发和市场化应用。二是使用超高强度钢代替传统汽车用钢,降低钢板厚度以减轻汽车重量,如CP钢、DP钢、TRIP钢、TWIP钢、马氏体钢等。但超高强度钢也存在着一系列的问题:随着钢板强度的提高,其成形能力相应降低;超高强度钢板在成形过程中存在开裂和起皱的问题;超高强度钢板成形后容易发生回弹,且回弹难以检测和控制。三是开发出一种集高强度、高延伸率和低密度于一身的钢种。目前,这一钢种以Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢为代表。同时,在消费类电子产品领域,也对轻质、高强、廉价的金属有着越来越强的需求,在这一应用中,通常将金属先制备成粉体,然后通过注塑成型等粉末冶金工艺直接烧结成电子产品用零部件。

在已有的研究成果中,中国发明专利CN111235484A公开了一种高强高硬低密度钢及其制备方法和应用,包括如下成分:C 0.7~1.8%,Al 8~12%,Si 0.3~0.9%,Mn 25%~34%,Cr 0.3~1.2%,V 0.1~0.7%,Ti 0.1~0.8%,Mo 0.7~1.3%,余量为Fe和不可避免的杂质,经过熔炼、热锻、水韧处理、热轧、固溶处理、冷轧、时效处理、渗氮和退氮处理后该钢的屈服强度为870.21~1077.36MPa,抗拉强度为950.35~1127.7MPa,密度为6.63~7.19g/cm3。该申请方案通过优化钢的成分设计和后续的渗氮和退氮处理,得到了高强度的Fe-Mn-Al-C系低密度钢,但整体生产工艺较为复杂,且钢的密度降低有限。发明专利CN109735691A公开了一种1000MPa高碳高锰低密度钢及其制备方法,该高碳高锰低密度钢的化学成分及其重量百分比为:C 0.75~0.95%,Mn 14~19%,Al 7~9%,S 0~0.005%,P 0~0.01%,余量为Fe和不可避免的杂质,经过冶炼、浇铸、热锻、空冷、热轧、水淬、冷轧、水淬后该钢的屈服强度达到了700MPa以上,抗拉强度为950~1100MPa,断后延伸率为50~60%。该发明通过冷轧和热处理工艺制备的低密度钢屈服强度仅有700MPa,且由于Al的添加量不高,难以有效降低密度。CN107674955B专利公布了一种强塑积大于50GPa·%的低密度钢的制备方法,成分为:C 0.98~1%,Mn 19.4~20%,Al 9.82~10%,P≤0.003%,S≤0.003%,经冶炼、铸造、热轧、固溶处理、冷轧、退火处理后该钢的强塑积大于50GPa·%。该方案通过对合金成分和加工工艺的调整得到了具有较高强度和良好塑性的Fe-Mn-Al-C系低密度钢,但该方案由于没有考虑添加Cr元素,钢的组织为奥氏体+铁素体+κ型碳化物三相,其中κ型碳化物的存在恶化了钢的塑性,同时该钢的密度依然较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法。通过对合金成分与加工工艺进行调控,在保证材料高强度、高延伸率的同时,大幅度降低材料的密度。

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