[发明专利]一种高锰奥氏体钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高锰奥氏体钢及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明提供的高锰奥氏体钢，按照质量百分比计，包括：Mn：25～27％，Al：8～12％，C：1.2～1.4％，Nb：0.05～0.1％和余量的Fe。本发明通过调整Al、C、Mn的用量，能够降低钢的密度，提高奥氏体的稳定性及回复动力，同时起到固溶强化的作用，提高钢的强度和耐磨性；Nb元素使铸态组织中的网状碳化物减少，奥氏体晶粒细化，提高屈服强度。实施例的结果显示，本发明提供的高锰奥氏体钢密度约为6.62g/cm³，较纯铁降低了15.13％，弹性模量≥142GPa，屈服强度＞1020MPa，抗拉强度＞1150MPa。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高锰奥氏体钢及其制备方法。

背景技术

钢广泛使用于各行各业中，随着科学技术的发展，人们对钢性能的要求也日益提高，其中目前最为关注的焦点之一就是轻量化问题。从材料选择角度出发，目前实现轻量化主要有以下两种途径：一是使用轻质材料，如使用低密度的铝及铝合金、镁及镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等，主要以铝合金为主；二是使用高强度钢代替普通钢材降低钢板厚度规格。由于铝合金成本高、工艺复杂、焊接性能差等因素，制约了其使用前景；同时，通过钢板减厚也不能完全满足使用需求。一种更具潜力的思路就是：开发集低密度与高强度性能于一身的钢板。

近年来，开发了一种新型体系Fe-Mn-Al-C钢，具有优异的强韧性和低密度等特点。轻质Fe-Mn-Al-C钢可分为四类：铁素体钢、铁素体基双相钢、奥氏体基双相钢和奥氏体钢。奥氏体钢在性能和加工方面是最有前途的。现有技术如：《固溶处理对轻量高锰钢组织及力学性能的影响》(李俊澎，杜鑫，崔烨，张洋，张静，张中武，2018,43(07):109-114，《金属热处理》)制备的10.31Al-14.85Mn-0.78C-4.93Ni-0.83Cu高锰钢的弹性模量为142GPa，屈服强度为506.91MPa，抗拉强度为834.50MPa，屈服强度和抗拉强度较低；而《一种Fe-Mn-Al-C低密度高强钢的组织性能研究》(赵超，宋仁伯，张磊峰，杨富强，北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)制备的Fe-Mn-Al-C钢的屈服强度和抗拉强度虽然较高，但是密度为6.8g/cm³，依然较高，已经逐渐不能满足社会发展对新型体系Fe-Mn-Al-C钢的要求。

随着Fe-Mn-Al-C钢材在市场中有很大的需求潜力，提高Fe-Mn-Al-C钢的强韧性、降低其密度成为研究开发和应用的重点方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高锰奥氏体钢及其制备方法，本发明提供的高锰奥氏体钢具有低密度和高强韧性，能够应用到汽车、海洋工程、冶金、化工、轻工等诸多领域。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高锰奥氏体钢，按照质量百分比计，包括：Mn：25～27％，Al：8～12％，C：1.2～1.4％，Nb：0.05～0.1％和余量的Fe。

优选地，按照质量百分比计，包括：Mn：26％，Al：10％，C：1.4％，Nb：0.1％和余量的Fe。

优选地，按照质量百分比计，包括：Mn：25％，Al：10％，C：1.4％，Nb：0.05％和余量的Fe。

优选地，按照质量百分比计，包括：Mn：27％，Al：10％，C：1.2％，Nb：0.1％和余量的Fe。

本发明提供了上述技术方案所述高锰奥氏体钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合金原料混合后熔炼，得到合金铸锭；

(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭进行热轧，得到合金板；

(3)将所述步骤(2)得到的合金板依次进行固溶处理和时效处理，得到高锰奥氏体钢。