[发明专利]一种低密度钢的热处理工艺及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低密度钢的热处理工艺及其制备方法，属于冶金生产领域。该热处理工艺包括固溶处理、碳化物处理和时效处理，能够有效地提高低密度钢的强度和韧性，满足部分结构件的使用要求。该制备方法包括冶炼、铸造、热轧和热处理，其中，热处理采用上述一种低密度钢的热处理工艺，能够有效地提高低密度钢的力学性能和加工性能，制得强度和韧性均较高的低密度钢。

技术领域

本发明属于冶金生产技术领域，更具体地说，涉及一种低密度钢的热处理工艺及其制备方法。

背景技术

近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车的需求量和生产量日益增加，人们对汽车性能的要求也越来越高，使汽车行业逐渐向轻量化、安全化方向发展。对于汽车行业来说，减少自重是降低成本、走可持续发展的必经之路，而低密度材料的使用可以有效地减少汽车的重量、能源的消耗和对环境的污染，并降低使用成本。因此，如何制备性能优异的低密度材料成为汽车制造的一个重要问题。

在汽车以及一些其他行业的生产过程中，经常需要使用到一些对轻量化具备一定要求的结构钢件，但这种轻量化钢件自身的强度并不能保证结构的刚度，因此，需要降低高强度钢材的密度来满足这些轻量化结构件的要求。现有技术一般通过对钢中成分的种类和添加量进行改变来获得所需的低密度钢材，从而满足不断发展的工业及制造业的需求。其中，在高锰钢中加入铝成分，因为铝的密度低、延展性好、表面易形成氧化膜，可以使低密度Fe-Mn-Al-C钢具有低密度、良好的延展性和抗腐蚀性能等。且通过调整锰铝金属的添加量，可以得到材料良好的力学性能，从而可以在减少密度的同时，保留较好组织性能和机械性能。但是，一方面对于材料内部各种成分的调整并没有一个固定的范围，很难确定高性能值的组分范围，另一方面钢的性能不仅取决于材料的成分，还取决于钢的制备工艺，因此，怎样取得一个合适的材料组分范围的同时，对该组分范围内的材料采取合理的制备工艺是需要研究的一个重要问题。

中国专利申请号为：CN201910676713.2，公开日为：2019年9月6日的专利文献，公开了一种铁锰铝碳系奥氏体低密度钢的热处理方法，包括以下步骤：(1)对初始状态的铁锰铝碳系奥氏体低密度钢进行预变形处理；总应变量控制在4-35％；(2)对预变形处理后的铁锰铝碳系奥氏体低密度钢进行时效处理；所述时效处理为单级时效处理或双极时效处理：所述单级时效温度为600-700℃，保温时间为10-60min，室温空冷；所述双级时效为：一级时效温度为450-550℃，保温时间0.5-4h，一级时效结束后快速升温至二级时效温度；二级时效温度为600-700℃，保温时间为10-40min，室温空冷。该发明对低密度铁锰铝碳钢进行了固溶和时效等热处理工艺来提高其性能，但是，其并没有对钢的组成成分比例进行说明，其热处理工艺对应的是所有成分比例的铁锰铝碳钢，适用性广，但从其说明书也可以看出其延伸率基本处于20％以下，很可能达不到高要求低密度刚的效果，且热处理过程中钢的碳化物也会对钢的性能造成影响，而该工艺并没有针对这点进行相应的措施。

中国专利申请号为：CN201410727962.7，公开日为：2016年6月8日的专利文献，公开了一种7005铝合金热处理的方法，依次包括固溶处理、水淬处理和时效处理三步，所述固溶处理的温度在430度-530度之间，固溶处理的时间为30分钟；所述时效处理为双级时效处理，一级时效处理的温度为80度-110度，一级时效处理的时间为8小时；二级时效处理的温度为120度-140度，二级时效处理的时间为24小时。该发明的方法处理过的7005铝合金试样塑性变形能力更好，完全符合大塑性变形的要求，更加适用于自行车等领域的使用。但是，其说明书可以看出，该方案处理过的强度并不高，并不能满足相关汽车行业的钢的性能需求。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的低密度钢性能达不到如汽车等行业的部分结构件的使用要求的问题，本发明提供一种低密度钢的热处理工艺，能够有效地提高低密度钢的强度和韧性，满足部分结构件的使用要求。