[发明专利]一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法

说明书

一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法，通过在Fe‑Mn‑Al‑C合金系的铁基奥氏体微观组织结构分布以下微合金化元素中的一种或多种：V，Nb，Ti，Mo，且所述微合金化元素与所述Fe‑Mn‑Al‑C合金系中的C在奥氏体晶粒中和/或奥氏体晶界中以碳化物析出，有利于实现低密度钢的高强韧和低密度的有效结合。

技术领域

本发明涉及Fe-Mn-Al-C系奥氏体低密度钢技术，特别是一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法，通过在Fe-Mn-Al-C合金系的铁基奥氏体微观组织结构分布以下微合金化元素中的一种或多种：V，Nb，Ti，Mo，且所述微合金化元素与所述Fe-Mn-Al-C合金系中的C在奥氏体晶粒中和/或奥氏体晶界中以碳化物析出，有利于实现低密度钢的高强韧和低密度的有效结合。

背景技术

目前国内外汽车、火车等用钢铁材料，矿山机械、大型运输机械所用耐磨材料，航空航天用高性能钢铁材料，大型舰船用高强韧钢材及各种装甲等钢铁材料都对材料的轻量化提出了更高要求。目前几种方法被用来解决高强零部件的轻量化。一是目前广泛应用的通过大幅度提高强度来降低零部件用钢厚度，但该种方法受到零部件刚度影响，而无法大幅度提高轻量化。另外一种就是用Al和Mg等轻质合金材料替代密度较高的钢铁材料。但相对于传统钢铁材料，目前Al和Mg等轻质材料存在成本高和强度低的问题。因此如何实现传统钢铁材料密度降低，同时保持传统钢铁材料的高强度是未来钢铁材料发展的一个重要方向。新型低密度和高强度兼顾的钢铁材料，赋予了从密度降低和强度提高两个方面实现轻量化，是未来航空航天、矿山机械、交通运输和海洋装备等高端装备领域轻量化方向的理想材料之一。

低密度钢(low density steel)或轻质钢(light weight alloy)是通过向钢中加入Al、Si、Mn等轻量化合金元素固溶于钢中形成置换固溶体，在降低了摩尔质量同时增大晶格常数，从而显著降低钢的密度。Fe-Mn-Al-C系奥氏体钢不仅具有更低的密度(≤6.5-7.0g/cm³)，还具有优异的力学性能，即抗拉强度与塑性的乘积≥50GPa％。但是众多文献报道的低密度钢是完全奥氏体组织，导致屈服强度和抗拉强度均比较低，无法实现低密度与高强度相结合的轻量化。为了进一步提升零部件减重效果，不仅需要通过密度减小而减重，还需进一步提升低密度钢的强度，即通过提高强度减小零部件钢板厚度减薄和通过低密度实现进一步减重。为了提高低密度钢强度，可以在低密度钢中加入微合金化元素，实现微合金化析出强化和析出细化组织而最终提高低密度钢的屈服强度和抗拉强度。众所周知，Nb、V和Ti微合金化产生析出，可以细化晶粒尺寸和析出强化。但微合金化的析出现象还没有在传统奥氏体钢中报道，更没有在低密度钢报道。

本发明人基于以上分析，提出了以Fe-Mn-Al-C为低密度钢的主体合金元素，以Nb-V-Ti-Mo为提升强度的辅助添加元素的新型低密度钢合金化设计思路，提出冶炼、热轧和固溶处理等制造技术，实现低密度钢的高强韧和低密度有效结合，为航空航天、高铁、汽车、机床等高端装备零部件的轻量化和高安全性提供低密度高强韧性钢铁材料，大幅提升钢铁材料轻量化潜力。有鉴于此，本发明人完成了本发明。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种微合金化高强韧低密度钢及其制备方法，通过在Fe-Mn-Al-C合金系的铁基奥氏体微观组织结构分布以下微合金化元素中的一种或多种：V，Nb，Ti，Mo，且所述微合金化元素与所述Fe-Mn-Al-C合金系中的C在奥氏体晶粒中和/或奥氏体晶界中以碳化物析出，有利于实现低密度钢的高强韧和低密度的有效结合。

本发明的技术解决方案如下：

一种微合金化高强韧低密度钢，其特征在于，在Fe-Mn-Al-C合金系的铁基奥氏体微观组织结构中包括以下微合金化元素中的一种或多种：V，Nb，Ti，Mo，所述微合金化元素与所述Fe-Mn-Al-C合金系中的C在奥氏体晶粒中和/或奥氏体晶界中以碳化物析出。