[发明专利]一种双相异构轻质高强钢及制备方法有效
申请号: | 202111369497.0 | 申请日: | 2021-11-15 |
公开(公告)号: | CN114086080B | 公开(公告)日: | 2022-11-18 |
发明(设计)人: | 刘帅;刘焕优;王明明;冯运莉;钱立和;张福成 | 申请(专利权)人: | 华北理工大学 |
主分类号: | C22C38/04 | 分类号: | C22C38/04;C22C38/06;C22C38/02;C21D8/02;C21D1/26 |
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: | 063200 河北省唐山*** | 国省代码: | 河北;13 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 相异 构轻质 高强 制备 方法 | ||
本发明公开一种双相异构轻质高强钢及制备方法,属于轻质高强汽车钢的技术领域。其化学成分为:C0.1‑0.3wt.%,Mn10‑14wt.%,Al6‑8wt.%,Si0.5‑0.7wt.%,P≤0.01wt.%,S≤0.005wt.%,其余为Fe和不可避免的杂质。所述双相异构轻质高强钢的铸态组织为包含粗大鱼骨状δ铁素体和粗大粒状奥氏体的复相组织,制备的成品双相异构轻质高强钢板的组织为条带状δ铁素体和细小等轴状奥氏体。所述成品双相异构轻质高强钢板的屈服强度为388‑807MPa,抗拉强度为656‑945MPa,延伸率为33‑55%,强塑积为31‑38GPa%,密度为6.9‑7.1g/cm3。
技术领域
本发明属于轻质高强汽车钢的技术领域,涉及一种双相异构轻质高强钢及制备方法。
背景技术
最近几十年,汽车工业迅猛发展,汽车保有量呈上升态势。但随之而来的燃油短缺、汽车环境污染等问题日益严重,节能环保成为汽车工业发展的新方向。
而汽车的轻量化设计,既能够在保证汽车安全性的前提下降低车身自重,又能够提高汽车燃油经济性降低碳排放,是应对前述问题的有效方式。
目前,实现轻量化的主要途径有两个:一是进一步提高汽车钢的强度,在保障零部件力学性能要求的同时减少钢材用量;另一个途径是使用轻质材料,例如使用密度低的铝、镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等。但前述这些材料往往存在强度低、制备成本高、热稳定性差等缺点,限制了这些轻质材料在汽车工业中的应用和发展。
研究发现,在钢中添加一定量的轻质Al元素,开发出的Fe-Mn-Al-C系低密度钢具有较高的强度、韧性以及良好的抗疲劳、抗氧化性能,是一种很有潜力的新型汽车钢。但是,目前研发出的Fe-Mn-Al-C系低密度钢往往存在强塑积较低,成本高,加工制备工艺复杂等问题,不能够满足汽车用轻质高强钢的应用需求。
例如:中国专利CN113278896A公开了一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法。该专利重点在于钢材化学成分为:C 1.0-2.0%,Mn 20-40%,Al 10-14%,2%≤Ni+Cr≤15%,余量为Fe,通过锻造热轧处理获得含有大量DO3析出相的奥氏体组织,在第二相强化作用下,虽然能够获得相对优越的力学性能,但不足之处在于Cr、Ni元素的大量添加,导致生产成本较高,并且C含量超过1.0%导致钢材的焊接性能较差。且所制备的高强度低密度钢的强塑积通过表2可以看出最大为19.5GPa%,远小于汽车用轻质高强钢的需求。
中国专利CN111235484A公开了一种高强高硬低密度钢及其制备方法和应用。该专利重点在于依次通过熔炼、热锻、水韧、热轧、固溶、冷轧、时效、渗氮、退氮处理工序来提高钢铁材料的强度及硬度,但并未提高强塑积和降低C含量,且锰含量过高使得钢材变脆变硬,并降低钢材的抗锈性和可焊性。此外,所制备的高强高硬低密度钢的不足之处在于整体工艺较复杂,渗氮、退氮工艺对生产设备要求较高不利于生产。
综上,虽然在高强轻质钢的技术领域取得了较多的技术成果,但是目前研发出的高强轻质钢依然存在合金大量添加导致成本较高、C当量较高导致钢材焊接性能差、锰含量较高导致钢材变脆变硬并降低抗锈性和可焊性、以及制备工艺复杂不利于工业大规模生产和推广等技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有技术中的汽车用轻质高强钢中合金元素添加成本高,制备过程工艺复杂,操作难度大,所添加的合金元素会恶化汽车用轻质高强钢的强韧性、焊接性、密度和抗锈性,不利于工业生产。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种双相异构轻质高强钢,所述双相异构轻质高强钢的化学成分按质量百分比计为:C 0.1-0.3wt.%,Mn 10-14wt.%,Al 6-8wt.%,Si 0.5-0.7wt.%,P≤0.01wt.%,S≤0.005wt.%,其余为Fe和不可避免的杂质。
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