[发明专利]一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法

说明书

本发明公开一种多相复合高强高韧低密度钢及制备方法，属于金属材料及冶金的技术领域。所述多相复合高强高韧低密度钢化学成分按质量百分比计为：1.05‑1.10wt.％C、27.0‑28.0wt.％Mn、10.3‑11.0wt.％Al、3.0‑3.5wt.％Cr、0‑3.6wt.％Ni、0.02‑0.04wt.％Nb、S≤0.01％、P≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述制备方法为按成分配比冶炼并浇铸，均质化处理后锻造成方坯，之后均质化处理后多道次热轧和水冷，固溶处理得到。本发明通过对微合金化元素成分和含量的选择以及制备方式，获得了一种低成本高效率的多相复合高强高韧低密度钢及制备方法。

技术领域

本发明属于金属材料及冶金的技术领域，涉及一种多相复合高强高韧低密 度钢及制备方法。

背景技术

通常高强度低密度钢的设计方案是通过合理的Mn、Al、C合金元素配比， 随后进行固溶或时效处理得到奥氏体基体和弥散分布的纳米级κ碳化物。然 而，κ碳化物对低密度钢的性能影响很大，虽然可以增加强度，但是同时也会 增大材料的脆性。

目前，虽然有通过添加合金元素和调解制备方法来得到低密度钢，但是所 得的低密度钢不仅密度较高，而且延伸率较低，相结构多为析出强化相，不能 很好的匹配，故而现有制备的高强度低密度钢的塑韧性较差，组织结构中的相 结构搭配不合理。

例如：中国专利CN 106244927 A公开了一种低密度超高强度钢，通过复 合添加Nb和Mo析出细小弥散的NbMoC相，协同κ-碳化物进行析出强化， 拉伸强度达1350MPa以上，延伸率达10％以上，密度为6.8-7.0g/cm³；其中的 组织结构为奥氏体基体、κ-碳化物和NbMoC相，不能大幅度提升延伸率和进 一步降低钢材密度。

中国专利CN 107841691 A公开了一种750MPa级超高强度Fe-Mn-Al-C系 轻质铸钢，所得的铸钢从其实施例可以看出抗拉强度在756-768MPa，屈服强 度在713-731MPa，断后延伸率在15.03-20.05％，密度在6.84-6.95g/cm³；其中 合金元素复杂、成本高，虽然经过固溶处理和时效处理，但是组织结构为铸态 组织，密度较高和断后延伸率较低。

中国专利CN 109628850 A公开了一种多用途全奥氏体低密度钢，，该钢的 密度为7.0-7.4g/cm³，组织类型为全奥氏体+纳米级VC和MoC析出相，抗拉 强度可达到1300MPa，屈服强度可达到1100MPa，延伸率可达到25％，面缩 率可达到45％，-40℃V缺口低温冲击韧性可达到35J；虽然抗拉强度和屈服 强度较高，但是低温冲击韧性并不高，且相结构中的钒元素和钼元素成本较高， 铝元素含量较低，不能很好的起到降低成本、密度和提高塑韧性的作用。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有奥氏体低密度钢的密度降低幅度不大，微合 金化元素成分选择复杂，成本高；热处理形成的相结构不能很好的协同提高钢 材的强韧性，相成分不好控制。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种多相复合高强高韧低密度钢，所述多相复合高强高韧低密度钢化学成 分按质量百分比计为：1.05-1.10wt.％C、27.0-28.0wt.％Mn、10.3-11.0wt.％Al、 3.0-3.5wt.％Cr、0-3.6wt.％Ni、0.02-0.04wt.％Nb、S≤0.01％、P≤0.005％，余量 为Fe及不可避免的杂质。

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，不仅起间隙固溶强化作用，还在钢中 与Mn和Al元素形成κ碳化物，对钢的强韧性有较大影响；本发明设定的C 含量为1.05-1.10％。