[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN112899579B - 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112899579B
CN112899579B CN202110065205.8A CN202110065205A CN112899579B CN 112899579 B CN112899579 B CN 112899579B CN 202110065205 A CN202110065205 A CN 202110065205A CN 112899579 B CN112899579 B CN 112899579B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
corrosion
percent
strength
less
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.)
Active
Application number
CN202110065205.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112899579A (zh
Inventor
武会宾
刘金旭
何金珊
汪水泽
吴宏辉
毛新平
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.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
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 University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202110065205.8A priority Critical patent/CN112899579B/zh
Publication of CN112899579A publication Critical patent/CN112899579A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112899579B publication Critical patent/CN112899579B/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
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • 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
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • 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
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • 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
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • 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
    • C22C38/36—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon
    • 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
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法，属于合金钢技术领域，该钢的化学成分质量分数wt％为：C:1.4～1.7％、Mn:25～30％、Al:10～12％、Cr:3～5％、Nb:0.05～0.1％、S≤0.003％、P≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法：采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭，铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理；均质化处理后锻造成方坯；将锻坯加热至1180～1200℃保温2～4小时；均质化后的锻坯进行5～8道次热轧，水冷至室温，得到耐腐蚀高强度轻质钢；其密度均小于6.5g/cm3,屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％，并具备优于普通钢材的耐腐蚀性能，在汽车、船舶、水电、风电等领域有广泛的应用潜力。

Description

一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及冶金领域，特别涉及一种耐腐蚀、高强度轻质钢的制备方法。
背景技术
Fe-Mn-Al-C系低密度钢的设计思路是，通过添加Al元素的含量降低钢的密度，添加Mn、C等元素进行成分优化，匹配与之对应的制备工艺，得到特殊用途的低密度钢。节能降耗是人类面临的严峻的生存问题。依照可持续发展战略的要求，汽车及海洋工程装备轻量化是未来的发展趋势。
经对现有技术的文献进行检索发现，中国发明专利CN109735691A公开了一种1000MPa高碳高锰低密度钢及其制备方法，其成分质量百分比wt％为：C：0.75～0.95％，Mn：14～19％，Al： 7.0～9.0％，S：0～0.005％，P：0～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。可得到屈服强度超过700MPa，抗拉强度950～1100MPa，断后延伸率50～60％，强塑积超过50GPa.％。其组织为奥氏体+铁素体双相组织。由于存在双相组织，其组织与成分不同于本发明，且其强度远小于本发明。
中国发明专利CN108486492B公开了一种1200MPa级高强度高塑性低密度钢板，其成分质量百分比wt％为：C：0.7％～1％，Mn： 13％～20％，Al：8％～13.3％，Ti：0.21％～0.33％，Nb＜0.1％，Si＜ 0.1％，，S＜0.01％，P＜0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。其抗拉强度为1200～1300MPa，延伸率为30～40％，密度为6.5～7g/cm3，其组织为奥氏体基体和NiAl第二相构成的双相组织。制备工艺为冶炼浇铸后热轧至3～5mm，最后经冷轧和退火得到成品。而本发明的密度＜6.5g/cm3，组织为奥氏体单相组织，且不需经过冷轧和退火处理，有效降低了生产成本。
中国发明专利CN111663085A公开了一种超高强度和塑性的热轧奥氏体低密度钢及生产方法，其成分质量百分比wt％为：C：0.45～ 0.89％，Mn：16.5～29.1％，Al：5.1～13.3％，Si：0.02～0.19％，Ti： 0.21～0.33％，S≤0.05％，P≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。其屈服强度在1307～1398MPa，抗拉强度可达到1653～1721MPa，延伸率可达到49～56％。由于添加了大量的微合金元素Ti，使得晶粒细化且析出大量TiC，力学性能得到提升，但是其生产工艺需经过 473～682℃的精轧和551～651℃的卷曲，对轧机性能有较高的要求且流程较为复杂。本发明制备工艺不需经过中温的精轧和后续的卷曲，且由于Cr元素的添加提升了耐腐蚀性能。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法，其密度小于6.5g/cm3，组织为全奥氏体，奥氏体晶粒内存在均匀弥散分布的纳米级κ碳化物，屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％。
本发明采用的技术方案是：
一种耐腐蚀高强度轻质钢，其特征在于，化学成分质量分数为： C：1.4～1.7％、Mn：25～30wt％、Al：10～12％、Cr：3～5％、Nb:0.05～0.1％、 S≤0.03％、P≤0.03％余量为Fe及不可避免杂质；所述耐腐蚀高强度低密度钢的密度均小于6.5g/cm3,屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％。
进一步地，所述的耐腐蚀高强度低密度钢，添加了3～5％Cr，提升其耐腐蚀性能，且其组织为全奥氏体组织，奥氏体晶粒内存在均匀弥散分布的纳米级κ碳化物。
如上所述的耐腐蚀高强度轻质钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：按耐腐蚀高强度轻质钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
(2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理，均质化处理后锻造成方坯；
(3)热轧：将锻坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5～8道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80～90％，水冷至室温，制得成品热轧板。
各化学元素在钢中的作用如下：
C：碳是奥氏体形成和稳定化元素，起间隙固溶强化作用，奥氏体的稳定性随奥氏体中的含碳量的增加而升高。在钢中与Mn和Al元素形成κ碳化物，对钢的强韧性有积极作用；本发明设定的C含量为 1.4～1.8％。
Mn：锰是Fe-Mn-Al-C系低密度钢的主要合金元素，锰对奥氏体的稳定性具有极大的影响，可以扩大奥氏体相区，提高奥氏体的稳定性，起固溶强化作用。它的加入可使Ms点降低。Mn元素也影响着 Fe-Mn-Al-C系低密度钢的层错能，能使钢在受到外力而形变时产生致密的孪晶，明显地提高该系列低密度钢的延伸率。但是过高的Mn 含量会造成成分偏析，形成带状组织以及焊接性能下降，对锰钢的综合性能的提高有负向作用；本发明设定Mn的含量为25～28％。
Al：铝会缩小奥氏体相区，能使A3温度升高，同时有效增强奥氏体的稳定性，增加Fe-Mn-Al-C系低密度钢的层错能，从而提高Fe- Mn-Al-C系低密度钢的强塑性。铝的添加会使钢的密度下降，每添加 1％Al，钢的密度降低0.101g/cm3，一定的铝含量可以显著提高钢的热变形抗力，延迟动态再结晶，使奥氏体晶粒在动态再结晶后得到细化；本发明设定Al含量为10～12％。
Cr：铬是缩小奥氏体相区元素，提高层错能。降低Ms点，提高耐蚀性；少量铬可提高低温冲击韧性，对低温抗拉强度有益，对屈服强度贡献不大，也可以抑制κ碳化物沉淀析出；本发明设定Cr的含量为3～5％。
Nb：强碳化物形成元素，能够细化晶粒提高强度和韧性。能增加钢的弹性模量；本发明设定Nb的含量为0.05～0.1％。
P、S:磷和硫是钢形成的不利元素。硫在钢中以FeS、MnS等硫化物夹质的形式存在，硫化物通常发布在晶界中，当温度达到其熔点时便会熔化，在轧制和锻造时会导致钢热变形时的开裂。磷会严重影响钢的冷变形能力，随着磷含量的增加，其影响会急剧加剧，并出现冷脆现象；本发明设定P、S的含量为≤0.03％。
本发明提供的一种耐腐蚀高强度轻质钢的制备方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明制备的产品具有极低的密度，由于轻质元素Al和C的添加导致其密度均将至6.5g/cm3以下，得到了较为明显的减重效果，降低了资源的消耗，起到节能减排的作用。
(2)本发明制备的产品仅需通过简单的控轧控冷工艺即可得到优良的力学性能，其屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为 1100～1300MPa，延伸率＞20％。
(3)本发明通过添加适量的Cr，一方面提升了其耐腐蚀性能，另一方面也抑制了κ碳化物的大量析出，在保持单相奥氏体的基础上进一步提高钢的耐腐蚀性能。其中实施例1号在 3.5wt％NaCl溶液的极化曲线如图2，自腐蚀电位Ecorr为-0.28V，腐蚀电流密度Icorr为0.25μA/cm2,具有较好的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例1～3号的金相组织图；
图2为本发明实施例1号的3.5wt％NaCl溶液极化曲线图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述：
表1为本发明各实施例的成分列表；
表2为本发明各实施例的制备工艺参数列表；
表3为本发明各实施例的主要性能列表。
本发明各实施例按照以下的工艺进行制备：
(1)冶炼：按耐腐蚀高强度轻质钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
(2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化2～5小时处理，均质化处理后锻造成30-60mm厚的方坯；
(3)热轧：将方坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5～8道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80～90％，水冷至室温，制得成品热轧板，成品的厚度为7-12mm。
表1本发明各实施例的成分列表(wt％)
实施例 C Mn Al Cr Nb P S
1 1.45 28.42 11.06 4.98 0.090 0.01 0.02
2 1.69 27.38 10.57 4.91 0.087 0.02 0.03
3 1.70 26.49 10.61 3.03 0.088 0.02 0.02
表2本发明各实施例的制备工艺参数列表
实施例 锻坯厚度 均质化温度 轧制道次 终轧温度 终轧厚度
1 35mm 1180℃ 5 1000℃ 7mm
2 50mm 1200℃ 7 960℃ 10mm
3 60mm 1200℃ 8 950℃ 12mm
表3本发明各实施例的主要性能列表
Figure BDA0002903870320000071
。

Claims (1)

1.一种耐腐蚀高强度轻质钢，其特征在于，化学成分质量分数为：C：1.69～1.7％、Mn：25～30wt％、Al：10～12％、Cr：3～5％、Nb:0.05～0.1％、S≤0.03％、P≤0.03％余量为Fe及不可避免杂质；所述耐腐蚀高强度低密度钢的密度均小于6.5g/cm3,屈服强度为1000～1200MPa，抗拉强度为1100～1300MPa，延伸率＞20％；
该轻质钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)冶炼：按耐腐蚀高强度轻质钢的成分配比，采用真空感应炉冶炼，并浇铸制成铸锭；
(2)锻造：铸锭经1100～1200℃高温均质化10～15小时处理，均质化处理后锻造成方坯；(3)热轧：将锻坯加热至1180～1200℃保温2～4小时处理，均质化后的方坯进行5～8道次热轧，开轧温度1130～1180℃，终轧温度≥950℃，累计压下量为80～90％，水冷至室温，制得成品热轧板；
所述的耐腐蚀高强度低密度钢，添加了3～5％Cr，提升其耐腐蚀性能，且其组织为全奥氏体组织，奥氏体晶粒内存在均匀弥散分布的纳米级κ碳化物。
CN202110065205.8A 2021-01-18 2021-01-18 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法 Active CN112899579B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110065205.8A CN112899579B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110065205.8A CN112899579B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112899579A CN112899579A (zh) 2021-06-04
CN112899579B true CN112899579B (zh) 2022-03-29

Family

ID=76115970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110065205.8A Active CN112899579B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112899579B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113549844B (zh) * 2021-06-30 2022-06-07 华北理工大学 提高Fe-Mn-Al-C轻质钢抗氢致延迟断裂性能的方法
CN114480984B (zh) * 2021-12-15 2022-12-16 钢铁研究总院 一种Ti合金化低密度高强钢及其制备方法
CN114480988B (zh) * 2021-12-27 2023-01-06 北京科技大学 一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法
CN114752864B (zh) * 2022-04-25 2022-10-04 燕山大学 一种低密度超高强度高塑性钢及其制备方法和应用
CN114774806B (zh) * 2022-04-25 2023-05-23 燕山大学 一种高强韧轻质钢板及其制备方法和应用
CN114807772B (zh) * 2022-04-29 2023-03-17 燕山大学 一种时效强化的高强韧轻质钢及其制造方法
CN115478142A (zh) * 2022-08-19 2022-12-16 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种降低Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢芯部缩孔缩松的工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106498278A (zh) * 2016-09-29 2017-03-15 北京科技大学 一种高强度高延伸率低密度的中厚板及其制备方法
CN110218948A (zh) * 2019-06-27 2019-09-10 重庆金康新能源汽车设计院有限公司 一种低密度高韧度钢及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106498278A (zh) * 2016-09-29 2017-03-15 北京科技大学 一种高强度高延伸率低密度的中厚板及其制备方法
CN110218948A (zh) * 2019-06-27 2019-09-10 重庆金康新能源汽车设计院有限公司 一种低密度高韧度钢及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Effect of hot rolling reduction and annealing treatment on grain boundary character distribution in austenitic low-density Fe-Mn-Al-C-Cr steel";Jinxu Liu et al.;《Materials Letters》;20201119(第285期);第128999页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112899579A (zh) 2021-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112899579B (zh) 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法
CN112877606B (zh) 一种超高强全奥氏体低密度钢及制备方法
CN108220798B (zh) 一种460MPa级抗震耐火建筑钢及其制备方法
CN109628836B (zh) 一种高强度建筑结构用抗震耐火钢及其制备方法
CN105543704B (zh) 一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制造方法
CN110438414A (zh) 一种消除超宽幅铁素体不锈钢中厚板表面裂纹的方法
CN107779746B (zh) 超高强度高韧性耐蚀耐氧化超细晶合金钢及其制备方法
EP4414473A1 (en) High-strength steel with good weather resistance and manufacturing method therefor
CN103882318A (zh) 一种节钼型多元复合微合金抗震耐火钢及其制造方法
CN112899580A (zh) 一种低磁耐蚀低密度钢及制备方法
CN115522126B (zh) 一种具有良好耐磨性能的中锰钢及生产方法
CN103290328A (zh) 一种高铌高耐磨高韧性冷作模具钢
CN114480988B (zh) 一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法
CN108866435B (zh) 一种汽车用复合微合金化中锰钢及其制造方法
CN102851599B (zh) 一种螺旋焊管用厚壁低成本x65热轧卷板及其制造方法
CN108728728A (zh) 一种具有极低屈强比的高锰钢及其制造方法
CN107557660A (zh) 一种正火‑50℃低温用钢及其制造方法
CN104651735A (zh) 一种韧性大于50J/cm2的低合金耐磨钢及生产方法
CN115537658B (zh) 一种具有良好耐磨性能高锰钢及生产方法
CN108411200B (zh) 一种高加工硬化率热轧q＆p钢板及其制备方法
CN102383036A (zh) 一种适用于锻造余热淬火的中碳合金钢
CN114480984B (zh) 一种Ti合金化低密度高强钢及其制备方法
CN102220465A (zh) 一种低合金高强耐候结构钢的热处理工艺
CN115627423A (zh) 一种1600MPa级的热轧卷板及其生产方法
CN115572917A (zh) 一种经济型紧固件用钢及其制造方法

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