本發(fā)明屬于汽車用高強鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低密度輕質(zhì)鋼的制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，人們采取各種措施應(yīng)對汽車行業(yè)節(jié)能降耗、安全環(huán)保的要求。汽車輕量化便是可實現(xiàn)的措施之一。汽車質(zhì)量每降低10％，可節(jié)省燃油3-7％。燃油消耗每減少1升，可降低大約2.45kg的二氧化碳排放。

實現(xiàn)汽車輕量化主要有以下兩種途徑：一是采用輕質(zhì)材料，如使用低密度的鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、工程塑料或碳纖維復(fù)合材料等；二是使用高強度鋼替代普通鋼材，降低鋼板厚度規(guī)格。

鋁合金具有很好的減重潛力，但成本高、成型工藝復(fù)雜、焊接性能差、碰撞吸收能低及鋁元素自身特性等諸因素限制了其研發(fā)與市場推廣。為此，實現(xiàn)汽車輕量化便集中于汽車用高強鋼的研發(fā)。

本發(fā)明從鋼的物理性能著手，通過提高C、Mn、Al的含量降低鋼的密度，減輕鋼本身的質(zhì)量，同時采用成分優(yōu)化與制備工藝控制優(yōu)化，在不犧牲汽車結(jié)構(gòu)件強度的前提下實現(xiàn)了鋼的輕量化，具有一定的工業(yè)實現(xiàn)性和實際應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決高強鋼輕量化問題，本發(fā)明提出了一種低密度輕質(zhì)鋼的制備方法。本發(fā)明化學(xué)成分簡單，通過提高C、Mn、Al的含量降低鋼的密度，減輕鋼本身的質(zhì)量，同時采用成分優(yōu)化與制備工藝控制優(yōu)化，實現(xiàn)了低密度、最佳強度塑性匹配、高強塑積的目標(biāo)，具有一定的工業(yè)實現(xiàn)性和實際應(yīng)用價值。

本發(fā)明提供了一種低密度輕質(zhì)鋼的制備方法，其化學(xué)成分以質(zhì)量百分計為：C 0.3％-0.4％、Mn 8.5％-10％、Al 4％-5％、P+S+N≤0.009％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，密度為7.35g/cm³～7.5g/cm³。

本發(fā)明提供的一種低密度輕質(zhì)鋼的制備方法，其制備過程包括如下步驟：

(1)真空冶煉爐冶煉，澆鑄得到滿足權(quán)利要求1所述成分的鋼錠；將鋼錠加熱至1150-1200℃，保溫1-2h后進行鍛造，開鍛溫度1000-1100℃，終鍛溫度950-1000℃，得到鍛坯；

(2)將鍛坯扒皮處理，去掉表面氧化鐵皮后，放入加熱爐中加熱，加熱時采用氮氣保護，加熱至1150℃時保溫1-2h，然后開始進行兩道次粗軋，粗軋后在1100℃的氮氣保護爐中保溫10-30min，得到粗軋鋼帶；

(3)粗軋鋼帶進行熱軋，終軋后立刻進行水冷，水冷結(jié)束后將鋼帶放入保溫爐中模擬卷取，得到2.8-3.2mm的熱軋鋼帶；

(4)將熱軋鋼帶加熱進固溶等溫處理，然后進行快速水冷，得到成品鋼帶。

進一步的，所述步驟(3)的熱軋開軋溫度為1000-1150℃，5道次軋制，每道次壓下量在35％-45％之間，終軋溫度為900-980℃，終軋后立刻以≥50℃/s的冷卻速率水冷至400-500℃，然后將其放入400-500℃的保溫爐中保溫0.5-2h卷取，取出空冷后得到2.8-3.2mm的熱軋鋼帶。

進一步的所述步驟(4)的鋼帶固溶處理溫度為700-800℃，時間為0.5-2.5h，固溶后以≥100℃/s的冷卻速率快速水冷至室溫，得到成品鋼帶。

優(yōu)選地，所述步驟(3)的熱軋開軋溫度為1100℃，終軋溫度為950℃；保溫爐卷取時溫度為450℃，保溫時間1h。

優(yōu)選地，所述步驟(4)的鋼帶固溶處理溫度為750℃，時間為1-2h。

本發(fā)明的化學(xué)成分設(shè)計簡單，考慮各元素含量的同時，對其主要元素進行了優(yōu)化設(shè)計，限定了密度滿足7.39g/cm³≤8.10–0.101(％Al)–0.41(％C)–0.0085(％Mn)≤7.45g/cm³的要求，優(yōu)選工藝成分得出的最優(yōu)力學(xué)性能為屈服強度564.2-585.8MPa，抗拉強度752.2-786.2MPa，延伸率43.5-45.4％，強塑積33.5-35.2GPa·％。

附圖說明

圖1a、圖1b和圖1c分別為實施例1、實施例2、實施例3的1000倍成品顯微組織照片；

圖2a、圖2b和圖2c分別為對比例3、b對比例4、c對比例5的500倍成品顯微組織照片。

具體實施方式

為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖、具體實施例、以及對比例對本發(fā)明進行了詳細說明。

實施例1

實施例1的化學(xué)成分以質(zhì)量百分計如表1所示。真空冶煉爐冶煉，澆鑄得到鋼錠；將鋼錠加熱至1180℃，保溫1.5h后進行鍛造，開鍛溫度1080℃，終鍛溫度980℃，得到鍛坯；鍛坯扒皮處理，去掉表面氧化鐵皮后，放入加熱爐中加熱，加熱時采用氮氣保護，加熱至1150℃時保溫1.5h后開始進行兩道次粗軋，粗軋后在1100℃的氮氣保護爐中保溫20min，得到粗軋鋼帶；粗軋鋼帶進行熱軋，開軋溫度1100℃，5道次軋制，每道次壓下量在35％-45％之間，終軋溫度為950℃，終軋后立刻以≥50℃/s的冷卻速率水冷至450℃，然后將其放入450℃的保溫爐中保溫1h卷取，取出空冷后得到2.8-3.2mm的熱軋鋼帶。將熱軋鋼帶進行固溶處理，溫度為750℃，時間為1h，固溶后以≥100℃/s的冷卻速率快速水冷至室溫，得到成品鋼帶。成品性能如表2所示。成品顯微組織見附圖1。

實施例2

實施例2化學(xué)成分以質(zhì)量百分計如表1所示，采用與實施例1基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，實施例2的固溶處理溫度為750℃，時間為1.5h。成品性能如表2所示。成品顯微組織見附圖1。

實施例3

實施例3化學(xué)成分以質(zhì)量百分計如表1所示，采用與實施例1基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，實施例3的固溶處理溫度為750℃，時間為2h。成品性能如表2所示。成品組織顯微見附圖1。

對比例1

對比例1的化學(xué)成分同實施例1，采用與實施例1基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，對比例1的固溶處理溫度為750℃，時間為0.5h。成品性能如表2所示。

對比例2

對比例2的化學(xué)成分同實施例1，采用與實施例1基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，對比例2的固溶處理溫度為600℃，時間為1h。成品性能如表2所示。

對比例3

對比例3的化學(xué)成分同實施例2，采用與實施例2基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，對比例3的固溶處理溫度為800℃，時間為1h。成品性能如表2所示。成品顯微組織見附圖2。

對比例4

對比例4的化學(xué)成分同實施例3，采用與實施例3基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，對比例3的固溶處理溫度為900℃，時間為1h。成品性能如表2所示。成品顯微組織見附圖2。

對比例4

對比例5的化學(xué)成分同實施例3，采用與實施例3基本相同的制備步驟，唯一不同之處在于，對比例3的固溶處理溫度為1000℃，時間為1h。成品性能如表2所示。成品顯微組織見附圖2。

表1、本發(fā)明實施例和對比例的化學(xué)成分

表2、本發(fā)明實施例及對比例的成品性能

從實施例和對比例以及得到的相應(yīng)結(jié)果可以看到，采用本發(fā)明成分和工藝可以得到強度高、延伸率好、強塑積高、密度低的高強輕質(zhì)鋼。從表2的成品性能可以看出，在固溶溫度750℃進行1-2h的等溫固溶處理，成品可以達到最優(yōu)的力學(xué)性能。對比例1雖然強塑積也達到30GPa·％，但其延伸率低于40％，整體性能略遜于實施例1-3。其他對比例性能隨著固溶溫度的升高逐漸變差，抗拉強度升高明顯，但延伸率、強塑積、殘留奧氏體百分數(shù)均直線下降。

最后所應(yīng)說明的是，以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并非用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明技術(shù)方案的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。