CN110951946B - 一种低密度钢的热处理工艺及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
本发明还提供一种低密度钢的制备方法,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。
2、技术方案
为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。
一种低密度钢的热处理工艺,包括以下步骤:
一、固溶处理
将低密度钢在380~420℃的条件下保温25~35分钟,接着以190~210℃/h的升温速率升温至630~670℃,保温25~35分钟,然后以190~210℃/h的升温速率升温至1050~1150℃,保温2~3小时后,水冷至室温;
二、碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢加热至650~800℃,保温2~3小时后,空冷至室温;
三、时效处理
将步骤二得到的低密度钢加热至450~550℃,保温9~12小时后,水冷至室温。
作为技术方案的进一步改进,所述低密度钢的化学成分及其质量百分比为:Mn:25~30%;Al:9~10%;C:0.9~1%;Mo:0.45-0.5%;Si:0.8-1%;P≤0.003%;S≤0.003%,其余为Fe及不可避免的杂质。
作为技术方案的进一步改进,所述步骤一、步骤二和步骤三的加热方式均为抽真空加热。
作为技术方案的进一步改进,所述的低密度钢的密度为6.9~7.2g/cm3。
一种低密度钢的制备方法,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。
作为技术方案的进一步改进,冶炼时,向钢水中加入添加剂,添加剂的质量为钢水质量的0.01~0.02%,添加剂的化学成分及其质量份数为:稀土:9~11份;高岭土:4~6份;生物质:2份。
作为技术方案的进一步改进,所述铸造步骤采用模具铸造,铸造时控制钢水的过热度为20~30℃,模具的模温为钢水温度的9~11%。
作为技术方案的进一步改进,所述模具底部铺有保护渣,保护渣的质量为钢水质量的0.2~0.3%,所述保护渣的化学成分及其质量份数为:铝矾土:4.5~5.5份;白云石:18~22份;高炉渣:2.5~3.5份;水泥熟料:1份;硅灰石:1份。
作为技术方案的进一步改进,铸造时,对模具中的钢水进行电磁搅拌,电磁搅拌频率为5~7Hz,电流强度为200~400A。
作为技术方案的进一步改进,还包括锻造步骤;所述锻造步骤的工序位于铸造后和热轧前,其具体过程为:将铸造得到的铸坯加热至1100~1200℃并保温1.5~2.5小时后,通过锻压机械锻造成方坯。
3、有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明一种低密度钢的热处理工艺,通过对低密度钢的化学成分进行合理地调节,能够得到相对于常规低密度钢的性能更加优异的低密度钢,尤其是,该工艺针对于这种化学成分的低密度钢采取了独特的热处理工艺,能够有效地消除钢体组织内部晶界和晶内的残留碳化物,同时配合独特的固溶处理和时效处理方式,极大地提高了成品钢的强度和韧性;
(2)本发明一种低密度钢的热处理工艺,热处理过程均采用抽真空加热方式,能够防止工件在加热过程中再次氧化而导致成品钢的质量降低;
(3)本发明一种低密度钢的制备方法,采用上述热处理工艺对钢坯进行热处理,能够有效地提高最终产品的强度和韧性,同时,配合在冶炼中添加保护剂和在铸造时添加保护渣的方式,制备出强塑积大于50%的成品低密度钢,且其制备成功率稳定,能够很好地满足市场需求;
(4)本发明一种低密度钢的制备方法,在铸造时对模具中的钢水进行电磁搅拌,能够打断正在生长的柱状晶、末端枝晶,使被打断而游离的树枝晶将作为新的形核核心,增加铸坯结晶的形核核心,并扩大铸坯中心等轴晶区,从而显著提高凝固组织的致密程度,加强成品钢的力学性能,提高成品钢的强塑积;
(5)本发明一种低密度钢的制备方法,在对铸坯进行铸造和热轧之间对铸坯进行锻造操作,利用锻压机械对铸坯施加压力,使其产生塑性变形,消除铸坯在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,使得锻造后的工件的机械性能优于同样材料的铸件,从而提高最终产品的强塑积。
附图说明
图1为低密度刚的平衡相图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
本申请的发明人曾参与研发过专利申请号为:CN201710903836.6,名称为:一种高强塑积的低密度高锰钢的方案,该方案通过对钢的化学成分进行合理的设计,并采用相应的制备工艺,能够制备出强塑积大于50%的低密度钢。但是,在实际生产中发现,该方案制备出的低密度钢的断后延伸率一般低于50%,且成品钢中会出现一部分钢的强塑积较低的情况,尤其是在断后延伸率这一块,经常会出现部分钢的断后延伸率偏低,导致钢的韧性不达标,出现不满足一些市场上的产品的加工要求的情况。因此,本申请的发明人经过大量的实验观察和总结,针对这一问题提出了以下方案。
一种低密度钢(密度为6.9~7.2g/cm3)的热处理工艺,用于对低密度钢进行热处理,提高其力学性能和加工性能,其过程如下:
一、固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为380~420℃,保温25~35分钟,接着将加热炉以190~210℃/h的升温速率升温至630~670℃并保温25~35分钟,然后以190~210℃/h的升温速率升温至1050~1150℃,保温2~3小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为18~22℃/s。经过大量实验得出,通过这种将钢板依次处于多个温度阶段进行保温加热的方式,能够使得钢板内部的奥氏体晶粒长大,同时将带状铁素体组织分割成细小的岛状,减少热轧组织中条带状铁素体的含量,提高钢板的横向力学性能。另外,这种阶梯式保温的固溶处理方式有效地促进了碳化物消失,使得固溶处理后的热轧钢板的综合力学性能得到改善,增强钢板的塑性和冲击韧性。
二、碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢放入处于真空状态下的真空加热炉中,加热至650~800℃,保温2~3小时后,取出并空冷至室温。如图1所示,该图为发明人经过实验得出的低密度钢在不同温度下进行热处理时内部组织的平衡相图,从图中可以明显看出,当处于650~800℃时,钢内部基本由奥氏体组成,碳化物基本析出,因此,通过将低密度钢在650~800℃℃下保温2~3小时,能够有效地消除钢体组织中的晶界和晶内的碳化物,提高钢的强度和韧性。
三、时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至450~550℃,保温9~12小时后,水冷至室温,冷却速度为18~22℃/s。该步骤在较低的温度环境下进行一个长时间的保温,能够进一步促使碳化物在奥氏体上的弥散析出,在不降低钢的韧性的情况下,使钢进行弥散硬化,提高其强度。
需要说明的是,本热处理工艺对应的低密度钢的化学成分及其质量百分比为:Mn:25~30%;Al:9~10%;C:0.9~1%;Mo:0.45-0.5%;S:0.8-1%;P≤0.003%;S≤0.003%,其余为Fe及不可避免的杂质。针对这种成分的低密度钢,采用本热处理工艺,能够极大地提升成品钢的韧性和强度,尤其是在韧性这一点上,采用本热处理工艺后的成品钢的断后延伸率有着明显提高。
下面对上述低密度钢的整体制备方法进行描述。
一、冶炼
按重量百分比将:25~30%的Mn、9~10%的Al、0.9~1%的C、0.45-0.5%的Mo、0.8-1%的Si、≤0.003%的P、≤0.003%的S、其余为Fe的物质加入真空感应熔炼炉进行熔炼,在熔炼的过程中向炉内通入氩气,同时在熔炼的过程中向钢水中加入添加剂,钢水温度为1500~1700℃。其中,添加剂的加入量为钢液的0.01~0.02%,添加剂的化学成分及其质量份数为:稀土:9~11份;高岭土:4~6份;生物质:2份。在钢液中加入添加剂,减小了低密度钢韧性的各向异性,防止了钢的层状撕裂,提高了钢的断后延伸率。添加剂中的Ca、Mg等元素促进了夹杂物变性,且添加剂中生物质在熔炼的过程中分解产生的还原性气体对钢液具有较好的搅拌作用,促进了Ca、Mg与夹杂物的结合,提高了Ca、Mg变性处理的效果,改善了低密度钢的综合性能。另外,生物质分解产生的气体与氩气共同作用,能够促进夹杂物和杂质的上浮,进一步改善低密度钢的综合性能。
二、铸造
准备相应的模具,在模具的底面铺设2层马粪纸,在马粪纸上均匀铺有保护渣,将钢水倒入模具中进行铸造,铸造时,模具的模温为钢水温度的9~11%(140~180℃),控制钢水的过热度为20~30℃,因为低过热度可以使得两相区温度梯度小和减小定向传热的时间,有利于细晶粒的形成,抑制柱状晶的生长,减少中心偏析,提高铸坯性能。保护渣的总添加量为钢水质量的0.2~0.3%,保护渣的化学成分及其质量份数为:铝矾土:4.5~5.5份;白云石:18~22份;高炉渣:2.5~3.5份;水泥熟料:1份;硅灰石:1份。通过铺设保护渣,能够控制钢水中的[S]+[P]+[O]+[H]+[N]≤100ppm,降低杂质元素对Mn偏析、Al脆性物生成的不利影响。另外,保护渣是在浇铸过程中覆盖在钢锭模内钢液表面,能维持正常浇铸的渣料。另外,保护渣采用粉渣,具有良好的铺散性,可以防止模内钢液二次氧化,并具有良好的成渣性,使铸坯与模具之间形成很薄一层渣膜,渣膜具有较好的保温性,可以减缓铸坯热应力,防止铸坯表面裂纹。
除此之外,该步骤在铸造的同时进行电磁搅拌,电磁搅拌频率为5~7Hz,电流强度为200~400A。其能够打断正在生长的柱状晶、末端枝晶,使被打断而游离的树枝晶将作为新的形核核心,增加铸坯结晶的形核核心,并扩大铸坯中心等轴晶区,从而显著提高凝固组织的致密程度,加强成品钢的力学性能,提高成品钢的强塑积。
三、锻造
将铸造步骤得到的低密度钢的铸坯,铸坯为两端直径分别为160mm和90mm,高度为100mm的圆台状,加热到1100~1200℃并保温两小时,随后锻造成一定尺寸(30×200×200mm)的方坯。利用锻压机械对铸坯施加压力,使其产生塑性变形,消除铸坯在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,使得锻造后的工件的机械性能优于同样材料的铸件,从而提高最终产品的强塑积。
四、热轧
将锻造步骤得到的钢坯进行加热,加热温度为1150℃,升温速度为0.5℃/s,并保温2h,而后进行第一道次轧制,开轧温度为1050℃,轧制参数为:变形速率0.006/s,压下量33%;间隔10s后,再进行第二道次轧制,轧制参数为:变形速率0.6/s,压下量30%;间隔10s后,进行第三道次轧制,轧制参数为:变形速率4/s,压下量28%;间隔10s后,进行第四道次轧制,轧制参数为:变形速率为5/s,压下量25%;间隔10s后,进行第五道次轧制,轧制参数为:变形速率为6/s,压下量20%;间隔10s后,进行第六道次轧制,轧制参数为:变形速率为6/s,压下量16.7%;控制终轧温度为900℃。通过多道次热轧可以减少轧制裂纹的产生,促进铸坯结晶化,抑制有序化结构B2相和Fe-Al金属间化合物的出现和偏聚,提高铸坯的机械性能。
五、热处理
该步采用上述一种低密度钢的热处理工艺,最终得到成品钢。
综上所述,本低密度钢的制备方法,在现有技术的基础上,对低密度钢的化学成分进行了合理独特的设计,同时针对这种低密度钢搭配了独特的热处理工艺,在锻造和电磁搅拌能够手段的辅助作用下,制备出强塑积大于50%的成品低密度钢,且其制备成功率稳定,很少出现强塑积不达标的情况,制备出的成品低密度钢在保证一定强度的基础上,在韧性表现上尤其优秀,能够很好地满足一些要求严格的产品用件的市场需求。
下面通过一些具体实施例和对比例对本申请进行一个更清楚地说明,并将结果记录在表1中。
实施例1
一、冶炼
按重量百分比将Mn:30%、Al:9%、C:0.9%、Si:1%、Mo:0.45%、P:0.003%、S:0.003%,其余为Fe的物质加入真空感应熔炼炉进行熔炼,在熔炼的过程中向炉内通入氩气,同时在熔炼的过程中向钢水中加入添加剂,钢水温度为1623℃。添加剂的加入量为钢液的0.01%,化学成分及其质量份数为:稀土:10份;高岭土:5份;生物质:2份。
二、铸造
准备相应的模具,在模具的底面铺设2层马粪纸,在马粪纸上均匀铺有保护渣,将钢水倒入模具中进行铸造,铸造时,模具的模温为150℃,控制钢水的过热度为25℃。保护渣的总添加量为钢水质量的0.2%,其化学成分及其质量份数为:铝矾土:5份;白云石:20份;高炉渣:3份;水泥熟料:1份;硅灰石:1份。在铸造的同时进行电磁搅拌,电磁搅拌频率为6Hz,电流强度为300A。
三、锻造
将铸造步骤得到的低密度钢的铸坯加热到1150℃并保温两小时,随后锻造成30×200×200mm的方坯。(锻造前体积为1259255立方毫米左右,锻造后为1200000立方毫米左右)
四、热轧
将锻造步骤得到的钢坯进行加热,加热温度为1150℃,升温速度为0.5℃/s,并保温2h,而后进行第一道次轧制,开轧温度为1050℃,轧制参数为:变形速率0.006/s,压下量33%;间隔10s后,再进行第二道次轧制,轧制参数为:变形速率0.6/s,压下量30%;间隔10s后,进行第三道次轧制,轧制参数为:变形速率4/s,压下量28%;间隔10s后,进行第四道次轧制,轧制参数为:变形速率为5/s,压下量25%;间隔10s后,进行第五道次轧制,轧制参数为:变形速率为6/s,压下量20%;间隔10s后,进行第六道次轧制,轧制参数为:变形速率为6/s,压下量16.7%;控制终轧温度为900℃。
五、热处理
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为400℃,保温30分钟,接着将加热炉以200℃/h的升温速率升温至650℃并保温30分钟,然后以200℃/h的升温速率升温至1100℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
(2)碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢放入处于真空状态下的真空加热炉中,加热至750℃,保温2小时后,取出并空冷至室温。
(3)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至450℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
实施例2
本实施例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本实施例的冶炼步骤中按重量百分比添加以下物质:Mn:27%、Al:10%、C:1%、Si:1%、Mo:0.5%、P:0.003%、S:0.003%,其余为Fe。
实施例3
本实施例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本实施例的热处理过程如下:
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为420℃,保温35分钟,接着将加热炉以210℃/h的升温速率升温至670℃并保温35分钟,然后以210℃/h的升温速率升温至1150℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
(2)碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢放入处于真空状态下的真空加热炉中,加热至800℃,保温2小时后,取出并空冷至室温。
(3)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至550℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
实施例4
本实施例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本实施例的热处理过程如下:
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为380℃,保温25分钟,接着将加热炉以210℃/h的升温速率升温至630℃并保温25分钟,然后以210℃/h的升温速率升温至1050℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
(2)碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢放入处于真空状态下的真空加热炉中,加热至650℃,保温2小时后,取出并空冷至室温。
(3)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至500℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
对比例1
本对比例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本对比例在铸造时并不进行电磁搅拌。
对比例2
本对比例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本对比例在铸造时并不进行锻造,直接进行热轧。
对比例3
本对比例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本对比例的热处理过程如下:
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为1100℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
(2)碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢放入处于真空状态下的真空加热炉中,加热至750℃,保温2小时后,取出并空冷至室温。
(3)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至450℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
对比例4
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为1100℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
(2)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至450℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
对比例5
本对比例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本对比例的热处理过程只进行固溶处理,具体过程如下:
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为1100℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
对比例6
本对比例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本对比例的热处理过程只进行时效处理,具体过程如下:
(1)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至530℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
对比例7
本对比例的基本步骤与实施例1基本相同,所不同的是,本对比例的热处理过程如下:
(1)固溶处理
将经过热轧后的低密度钢板放入处于真空状态下的真空加热炉中,炉温为400℃,保温30分钟,接着将加热炉以200℃/h的升温速率升温至650℃并保温30分钟,然后以200℃/h的升温速率升温至1100℃,保温2小时后,取出钢板,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
(2)时效处理
将步骤二得到的低密度钢处于真空状态下的真空加热炉中,加热至450℃,保温9小时后,水冷至室温,冷却速度为20℃/s。
表1
屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 断后延伸率/% | 强塑积/GPa·% | |
实施例1 | 1035.79 | 1061.62 | 53 | 56.23 |
实施例2 | 986.08 | 1049.18 | 52.6 | 55.19 |
实施例3 | 910.79 | 989.26 | 55.06 | 54.49 |
实施例4 | 967.58 | 1011.39 | 53.89 | 54.50 |
对比例1 | 889.46 | 950.13 | 54.16 | 51.46 |
对比例2 | 893.51 | 961.31 | 53.26 | 51.20 |
对比例3 | 956.53 | 1023.26 | 48.9 | 50.05 |
对比例4 | 856.34 | 912.35 | 46.79 | 42.69 |
对比例5 | 846.32 | 908.13 | 47.57 | 43.20 |
对比例6 | 785.63 | 897.85 | 45.68 | 41.01 |
对比例7 | 895.34 | 968.26 | 51.67 | 50.03 |
分析表1的数据,对比实施例1~4与对比例1~7可以得出,本申请的制备方法可以有效地提高低密度钢的强度和韧性,使化学成分处于一定范围内的低密度钢的强塑积达到55%左右,且其热处理工艺能够很好地提升钢的韧性和强度,尤其是在韧性的提升上较为明显,最终制得的成品钢的断后延伸率基本保持在50%以上,能够更好地满足一些对韧性要求较高的加工产品的需求。尤其是,通过本申请的热处理工艺,能够大幅度地使对成品钢的性能造成影响的碳化物析出,提高成品钢的性能稳定性,降低出现性能不达标的成品钢的情况。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明构思和范围进行限定,在不脱离本发明设计思想的前提下,本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种低密度钢的热处理工艺,包括以下步骤:
一、固溶处理
将低密度钢在380~420℃的条件下保温25~35分钟,接着以190~210℃/h的升温速率升温至630~670℃,保温25~35分钟,然后以190~210℃/h的升温速率升温至1050~1150℃,保温2~3小时后,水冷至室温;
二、碳化物处理
将步骤一得到的低密度钢加热至650~800℃,保温2~3小时后,空冷至室温;
三、时效处理
将步骤二得到的低密度钢加热至450~550℃,保温9~12小时后,水冷至室温;
所述低密度钢的化学成分及其质量百分比为:Mn:25~30%;Al:9~10%;C:0.9~1%;Mo:0.45-0.5%;Si:0.8-1%;P≤0.003%;S≤0.003%,其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低密度钢的热处理工艺,其特征在于:所述步骤一、步骤二和步骤三的加热方式均为抽真空加热。
3.根据权利要求1或2所述的一种低密度钢的热处理工艺,其特征在于:所述的低密度钢的密度为6.95-7.2g/cm3。
4.一种低密度钢的制备方法,包括冶炼、铸造、热轧和热处理,其中,热处理采用权利要求1-3中任意一项所述的一种低密度钢的热处理工艺。
5.根据权利要求4所述的一种低密度钢的制备方法,其特征在于:冶炼时,向钢水中加入添加剂,添加剂的质量为钢水质量的0.01~0.02%,添加剂的化学成分及其质量份数为:稀土:9~11份;高岭土:4~6份;生物质:2份。
6.根据权利要求4所述的一种低密度钢的制备方法,其特征在于:所述铸造步骤采用模具铸造,铸造时控制钢水的过热度为20~30℃,模具的模温为钢水温度的9~11%。
7.根据权利要求6所述的一种低密度钢的制备方法,其特征在于:所述模具底部铺有保护渣,保护渣的质量为钢水质量的0.2~0.3%,所述保护渣的化学成分及其质量份数为:铝矾土:4.5~5.5份;白云石:18~22份;高炉渣:2.5~3.5份;水泥熟料:1份;硅灰石:1份。
8.根据权利要求6所述的一种低密度钢的制备方法,其特征在于:铸造时,对模具中的钢水进行电磁搅拌,电磁搅拌频率为5~7Hz,电流强度为200~400A。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的一种低密度钢的制备方法,其特征在于:还包括锻造步骤;所述锻造步骤的工序位于铸造后和热轧前,其具体过程为:将铸造得到的铸坯加热至1100~1200℃并保温1.5~2.5小时后,通过锻压机械锻造成方坯。
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