一种高强塑积、耐烧蚀的Fe-Mn-Al-C系轻质钢及其制备方法与流程

本发明涉及轻质钢，尤其涉及一种高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢及其制备方法。

背景技术：

1、钢铁材料作为应用最广泛的合金材料在各行各业中占据着重要地位。然而其重量却成为其在工业和生活上进一步广泛应用的瓶颈，随着更轻的钛、铝合金等快速发展，给钢铁行业带来了巨大的挑战，因此钢铁轻量化得到了巨大的关注。

2、近年来许多研究者对fe-mn-al-c系轻质钢进行了深入的研究并成功的应用在一些行业，如汽车、海洋工程、冶金、化工、轻工等诸多领域，其中在汽车行业使用最为突出。相较于传统的钢铁材料来说，fe-mn-al-c系轻质钢具有更低的密度，但是其强塑积有待于进一步提高，且为了满足许多特殊的高温应用场景，fe-mn-al-c系轻质钢的耐烧蚀性能也需提升。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，以解决上述传统的技术问题。

2、本发明目的之二在于提供一种上述高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢的制备方法。

3、本发明目的之一采用如下技术方案实现：

4、一种高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，包括如下按照质量百分比算的组分：

5、mn 27-30wt％；al 8.0-10.0wt％；c 0.9-1.2wt％；ni 2.5-3.5wt％；cr0.5-0.8wt％，其余为fe。

6、即本发明在fe-mn-al-c系轻质钢中添加al元素可以降低钢的密度，这是由于al原子的密度远低于fe原子，用一部分al原子代替fe原子，使钢的密度下降；另外al元素的添加引起了晶格膨胀，增大了轻质钢的体积进一步降低密度。c元素的加入可提高钢中奥氏体的稳定性及奥氏体的回复动力，扩大奥氏体相区，具有间隙固溶强化作用，从而提高fe-mn-al-c系轻质钢的强韧性，还可固溶于奥氏体中提高钢的耐磨性。mn元素的添加可扩大奥氏体相区，使得奥氏体稳定性增加，并且可以稳定存在于室温条件下，另外mn原子具有固溶强化作用。在本发明中，各元素对轻质钢的密度贡献为，按质量百分比，每添加1％的al，钢的密度下降0.101g/cm3，可以减重1.3％；每添加1％的c，钢的密度下降0.41g/cm3，可以减重5.2％；每添加1％的mn，钢的密度下降0.0085g/cm3，可以减重0.1％。加入ni元素是由于ni与fe无限固溶，且ni元素可扩大奥氏体相区，是形成与稳定奥氏体的元素，故在fe-mn-al-c低密度钢中加入耐烧蚀元素ni可进一步提升其耐烧蚀性及力学性能。cr元素的加入可以提高合金的强度和硬度，显著提高钢的韧脆转变温度，cr与fe也能够形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域。

7、进一步地，该高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢包括如下按照质量百分比算的组分：

8、mn 27.5-30wt％；al 8.5-9.5wt％；c 0.95-1.2wt％；ni 3-3.5wt％；cr0.6-0.8wt％，其余为fe。

9、进一步地，该高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢包括如下按照质量百分比算的组分：

10、mn 28-29.5wt％；al 9-9.5wt％；c 0.95-1.1wt％；ni 3-3.3wt％；cr 0.7-0.8wt％，其余为fe。

11、进一步地，该高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢还包括如下按照质量百分比算的组分：

12、o≤0.019wt％；p≤0.010wt％；s≤0.0047wt％；si≤0.088wt％；n≤0.0018wt％。

13、进一步地，该高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢的性能：密度为6.78g/cm3，抗拉强度可达到1185mpa，屈服强度达到880mpa，断后伸长率35.8％，断面收缩率40.3％，材料强塑积达到41gpa％。

14、本发明目的之二采用如下技术方案实现：

15、一种高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢的制备方法，包括如下制备步骤：

16、(1)化料：经过烘干处理的50％c粒、工业纯铁、cr、ni随炉加入，合炉抽空使炉内压力达1000-1200pa以内后，通电熔化随炉料，加入2kgal；

17、(2)化渣：加入另外50％的c和余下的al料；

18、(3)精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1500℃并保温30min；

19、(4)mn合金化：精炼结束后，通入ar气到50000-60000pa，加入mn块，分八批次加入全部金属mn，每批次加入量为总加入量的20％；

20、(5)第二次精炼：mn全熔后，保持钢液温度1500℃并保温30min；

21、(6)取样：取样分析成分，并降功率降低温度到熔点以下将钢水凝固结膜，待成分满足要求；

22、(7)浇铸：通入ar气，将真空度升高到75000pa，升温熔化钢水，调整钢液温度为1560℃，带电浇注成直径70mm的原料锭；在浇注过程中，采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包，过滤浮渣；在钢模中冷却后脱模。

23、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

24、1、本发明在轻质钢中添加了高质量百分比的al和c元素，使合金在时效处理过程中通过调幅分解产生一种纳米级别的κ碳化物，它会与奥氏体保持高度共格关系，提高合金的强塑性，再通过添加ni和cr元素，ni与fe无限固溶，且ni元素可扩大奥氏体相区，是形成与稳定奥氏体的元素，cr与fe也能够形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域，从而进一步地提高材料的高强塑积、耐烧蚀等性能。

25、2、本发明提供的fe-mn-al-c系轻质钢密度为6.78g/cm3，经过后续工艺制备，其中抗拉强度可达到1185mpa，屈服强度达到880mpa，断后伸长率35.8％，断面收缩率40.3％，材料强塑积达到41gpa％。

26、3、本发明提供的fe-mn-al-c系轻质钢耐烧蚀能力出色，在1200℃高温火焰下烧蚀5分钟以上未发现腐蚀坑、剥落，失重率仅为0.6％。

技术特征：

1.一种高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，其特征在于，包括如下按照质量百分比算的组分：

2.根据权利要求1所述的高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，其特征在于，所述高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢包括如下按照质量百分比算的组分：

3.根据权利要求2所述的高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，其特征在于，所述高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢包括如下按照质量百分比算的组分：

4.根据权利要求1所述的高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，其特征在于，所述高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢还包括如下按照质量百分比算的组分：

5.根据权利要求1所述的高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢，其特征在于，所述高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢的性能：密度为6.78g/cm3，抗拉强度可达到1185mpa，屈服强度达到880mpa，断后伸长率35.8％，断面收缩率40.3％，材料强塑积达到41gpa％。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的高强塑积、耐烧蚀的fe-mn-al-c系轻质钢的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

技术总结本发明公开了一种高强塑积、耐烧蚀的Fe‑Mn‑Al‑C系轻质钢及其制备方法，该轻质钢包括Mn 27‑30wt％；Al 8.0‑10.0wt％；C 0.9‑1.2wt％；Ni 2.5‑3.5wt％；Cr 0.5‑0.8wt％，其余为Fe。本发明在轻质钢中添加了高质量百分比的Al和C元素，使合金在时效处理过程中通过调幅分解产生一种纳米级别的κ碳化物，它会与奥氏体保持高度共格关系，提高合金的强塑性，再通过添加Ni和Cr元素，Ni与Fe无限固溶，且Ni元素可扩大奥氏体相区，是形成与稳定奥氏体的元素，Cr与Fe也能够形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域，从而进一步地提高材料的高强塑积、耐烧蚀等性能。技术研发人员：谭兴龙,戴煜,肖乐,王艳艳,陈雄姿受保护的技术使用者：湖南顶立科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27