[发明专利]一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低密度、高强、高比模量钢铁材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比包括：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁。本发明通过多种合金元素的合理配比，使其晶粒超细化，具备良好的加工性和淬透性，多种元素协同作用，可有效地提高钢材的强度和比模量。

技术领域

本发明涉及材料制备，尤其是一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法。

背景技术

实现汽车轻量化的一个重要途径就是使用高强度钢替代普通钢材，降低钢板厚度从而减轻重量。然而，即使钢铁材料具有很高的强度也不能没有限度的去降低其厚度，而不去考虑汽车结构刚度取决于材料的弹性模量、零件形状和尺寸等的因素。因此，研发具有高比强度、高比刚度的材料是汽车轻量化道路上必须要克服的难题。高强塑性、高模量的低密度钢因其在车辆的碰撞安全以及结构刚度上有更好的表现而倍受青睐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低密度、高强、高比模量钢铁材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种低密度、高强、高比模量钢铁材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比包括：

C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁。

本发明还提供了上述一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、按质量百分比称取：C：0.14～0.16wt％；Al：5.30～9.70wt％；Si：0.20～0.60wt％；Ni：0.10～0.20wt％；Mn：3.45～4.65wt％；Nb：0.05～0.15wt％；Mo：0.35～0.50％；V：0.11～0.17wt％；N：0.014～0.020wt％；Ta：0.01～0.03wt％；余量为铁；

S2、以称取的各组分为原材料制备合金铸锭；

S3、将制备所得的合金铸锭熔融成合金熔体，然后注入铜模中，制备厚度为0.5-5mm的成分均匀且过饱和的合金薄板；

S4、将合金薄板置于热处理炉内，在200-800℃下，进行1-20h的后续时效处理后，在合金薄板底面放置激冷材料，冷却至室温，即得。

本发明具有以下有益效果：

通过多种合金元素的合理配比，使其晶粒超细化，具备良好的加工性和淬透性，多种元素协同作用，可有效地提高钢材的强度和比模量；通过对合金薄板的后续时效热处理，从而可以大量析出纳米级尺寸的碳化物，提高了低密度钢的弹性模量；通过钒氮复合微合金化促进形成针状铁素体细化组织和析出强化的作用，提高了钢材的强度和韧性。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种低密度、高强、高比模量钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：