本發(fā)明涉及一種Fe-Mn-Al-C系低密度鋼及其制備方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，人民生活水平顯著提高，汽車(chē)已經(jīng)成為現(xiàn)代人的生活必需品之一，融入到人們生活的各個(gè)方面。我國(guó)汽車(chē)保有量與日俱增，促使了汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展和汽車(chē)市場(chǎng)的空前繁榮，然而汽車(chē)尾氣排放的一氧化碳、一氧化氮、碳?xì)浠衔?、光化學(xué)煙霧等污染物導(dǎo)致大氣中PM2.5嚴(yán)超標(biāo)，嚴(yán)重影響空氣環(huán)境質(zhì)量，霧霾問(wèn)題日益嚴(yán)重并直接危害市民身體健康?？茖W(xué)研究表明，一輛汽車(chē)的自重每減少10％，其燃油消耗可以減少6％至8％，尾氣排放可降低5％至6％；而每減少1L的燃油消耗，會(huì)少排放2.45Kg的二氧化碳，可以有力地減少汽車(chē)尾氣對(duì)環(huán)境的污染。為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，汽車(chē)輕量化已經(jīng)是大勢(shì)所趨。經(jīng)科學(xué)研究表明，鋼材的密度僅需降低10％就可以保持甚至顯著提高其在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)越性和競(jìng)爭(zhēng)力。從材料選擇的角度出發(fā)，現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)主要是以輕量、節(jié)能、安全與耐蝕為主。汽車(chē)輕量化材料主要有兩類：一類是鋁合金、鈦合金、鎂合金、塑料、碳纖維等以鋁合金為主的輕質(zhì)材料，此類材料雖然具有很好的減重潛力，但其成本高、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多因素限制了其研發(fā)與市場(chǎng)推廣，目前鋁合金主要是以鍛件或者鑄件的形式應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等汽車(chē)零部件以及豪華車(chē)和特種車(chē)輛的車(chē)身制造中；另一類汽車(chē)輕量化材料是輕質(zhì)鋼(又稱為低密度鋼)，降低鋼的密度并且提高其比強(qiáng)度，可以有效實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化。此外輕質(zhì)鋼還具有高強(qiáng)度、高延展性和優(yōu)良抗腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)。在已有的研究成果中，CN103820735A公布了一種超高強(qiáng)度C-Al-Mn-Si系低密度鋼及其制備方法，該方法需要將鑄鋼經(jīng)過(guò)軋制或鍛造后獲得高抗拉強(qiáng)度，其成型工藝復(fù)雜，并且制造成本昂貴。CN104928569A公布了一種800MPa級(jí)高延展性的低密度鋼及其制造方法，該方法采用連續(xù)退火工藝制備了一種抗拉強(qiáng)度＞800MPa，延伸率＞25％的鋼板，但其密度降低效果較低，影響輕質(zhì)鋼的使用。CN104220609A公布了一種高強(qiáng)度無(wú)晶隙低密度鋼，該方法所制備的無(wú)晶隙鋼密度較高且抗拉強(qiáng)度較低。通過(guò)以上分析可見(jiàn)，需要發(fā)明一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、減重效果明顯且力學(xué)性能良好的輕質(zhì)鋼。Fe-Mn-Al-C系低密度鋼是通過(guò)向鋼中加入C、Al、Mn、Si等輕量化元素來(lái)降低鋼的密度。有研究表明，每添加1％的Al，鋼的密度下降0.101g/cm3，可減重約1.3％；每添加1％的C，鋼的密度下降0.41g/cm3，可減重約5.2％；同時(shí)，鋼中每添加1％的Mn含量也可使其密度下降0.0085g/cm3，取得0.1％的減重效果。本發(fā)明對(duì)C、Al、Mn、Si主要輕量化元素進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，在保證鑄鋼低密度的同時(shí)又能保持其高強(qiáng)度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的為針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種良好低密度和高強(qiáng)度相配合的低密度鋼及其制造方法。本發(fā)明的新型Fe-Mn-Al-C系低密度鋼，通過(guò)添加較高含量的Si，有效降低了鋼的密度并且增加了鋼的硬度和強(qiáng)度，通過(guò)Si、Al、Mn輕量化元素的合理配合，最終使其抗拉強(qiáng)度＞850MPa，密度＜7.0g/cm3，適用于制造車(chē)輛、飛機(jī)等交通工具的大型結(jié)構(gòu)件以減輕其自重。本發(fā)采用合理的加料順序，在中頻感應(yīng)電爐在大氣條件下熔煉，較真空熔煉操作更加簡(jiǎn)單、節(jié)約成本，符合國(guó)家節(jié)能減排的環(huán)保理念。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼，其化學(xué)質(zhì)量百分為：0.05～0.35％的C、2.0～10.0％的Si、5.0～25.0％的Mn、3.0～12.0％的Al、0.1～0.8％的Cr、0.1～0.5％的Mo、0.1～1.2％的Ni、0.01～0.8％的V、0.01～0.08％的Nb、0.6～1.0％的Ti、0.01～0.5％的Re、S≤0.01％、P≤0.02％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且還需同時(shí)滿足如下關(guān)系：11％≤Si+Al≤20％、2C≤Nb+V+Ti≤3C。所述的Re為Ce和La，其中，Ce元素占Re元素的質(zhì)量百分比為30～40％。所述的Re的質(zhì)量百分比含量?jī)?yōu)選為0.2～0.3％。所述的高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼的制備方法，包括以下步驟：1)配料：以高純生鐵棒、錳鐵塊、鉻鐵塊、硅鐵塊、鉬鐵塊、鈦鐵塊、釩鐵塊、鎳板、鈮鐵塊、純鋁錠、增碳劑、稀土為原料，按照所述的Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼所需進(jìn)行配料；2)造型：采用水玻璃砂造型，用吹二氧化碳的方法硬化砂型，然后在砂型內(nèi)壁涂刷涂料，烘干，等待澆注；3)熔煉：常壓1500℃～1550℃下，在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行熔煉，得到合金鋼液體；4)澆注：再次提高功率將溫度升到1600～1640℃后出鋼；脫氧、除渣后將合金溶液澆注到砂型中，空冷獲得鑄件；5)熱處理：鑄件的熱處理在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行，先進(jìn)行正火處理，正火溫度為850～1200℃，保溫1～3小時(shí)，空冷；然后在4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為800～1250℃，保溫20min～3.5小時(shí)，采用水作為淬火介質(zhì)，淬火介質(zhì)溫度25～40℃；淬火后1小時(shí)內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為300～500℃，保溫1～8小時(shí)，空冷，最后得到高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼。所述的增碳劑具體為人造石墨、天然石墨、焦炭或無(wú)煙煤。上述Fe-Mn-Al-C系低密度鋼的制備方法，所用的原材料和設(shè)備均通過(guò)公知的途徑獲得，所用的操作工藝是本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員所掌握的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)如下：(1)本發(fā)明熱處理工藝簡(jiǎn)單，無(wú)壓力加工，原材料來(lái)源廣泛，降低低密度高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)成本。(2)本發(fā)明的低密度高強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度＞820MPa，密度＜7.0g/cm3，具有良好的強(qiáng)度和密度配合。(3)本發(fā)明的低碳低合金高強(qiáng)度鋼采用中頻感應(yīng)爐熔煉，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用性很強(qiáng)，生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源，有利于環(huán)境的保護(hù)。(4)本發(fā)明的Fe-Mn-Al-C系低密度鋼可應(yīng)用在汽車(chē)、航空航天、建筑等重要領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景，并且符合國(guó)家節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略。(5)本發(fā)明的Fe-Mn-Al-C系低密度鋼基體組織為奧氏體，同時(shí)含有少量的鐵素體和碳化物。在拉伸變形過(guò)程中，發(fā)生形變誘導(dǎo)馬氏體轉(zhuǎn)變，增加鋼的加工硬化率，在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)使鋼具有高的塑韌性。(6)本發(fā)明的Fe-Mn-Al-C系低密度鋼具有良好的抗腐蝕性能，使其能夠更廣泛使用。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為本發(fā)明熱處理工藝曲線示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1固溶處理后的Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼的典型顯微組織200倍金相照片；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1固溶處理后的Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼的典型顯微組織500倍金相照片。具體實(shí)施方式下面用具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明(的技術(shù)方案)做進(jìn)一步說(shuō)明，以下實(shí)施例均在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方案和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例一第一步，配料按目標(biāo)成分C：0.32％、Si：3.05％、Mn：15.00％、Al：8.10％、Cr：0.33％、Ni：0.25％、Mo：0.25％、Nb：0.03％、V：0.12％、Ti：0.83％、La：0.14％、Ce：0.07％、S≤0.01％、P≤0.02％的質(zhì)量百分比及表1爐料材質(zhì)單、表2各元素收得率計(jì)算各物料的質(zhì)量。高純鐵、硅鐵、錳鐵、鋁錠等大塊爐料采用100Kg電子稱稱量，增碳劑、鈮鐵、釩鐵、鈦鐵、稀土等量少的爐料采用200g電子稱稱量，各爐料稱量前用砂輪打磨，去掉其表面氧化皮，每爐配料75Kg。表1元素MnCrSiMoTiVNiNbAlRe增碳劑收得率95-10095-9895-9895-10050-6595-9810095-10090-9530-4095-98表2第二步：造型采用水玻璃砂造型，每個(gè)砂型可澆注25Kg。將砂子干混2～3分鐘，加水玻璃濕混5～10分鐘后造型，然后通入二氧化碳將其硬化。造型用原材料如表3所示，水玻璃砂配比如表4所示。材料名稱性能參數(shù)天然石英砂SiO2含量＞92％，含泥量≤2％，粒度40/70目水玻璃模數(shù)M＝2.0～2.5表3材料名稱天然石英砂水水玻璃1006.5表4第三步：熔煉所采用的中頻感應(yīng)電爐為鎂砂堿性爐襯，最大可熔煉質(zhì)量為100Kg，在大氣條件下熔煉。將高純鐵、鎳板、鉻鐵、增碳劑(為人造石墨，其顆粒度為0～5mm，水分≤0.3，揮發(fā)分≤1.0，灰分≤1.0)作為隨爐料一起加入；鉬鐵、錳鐵在稀薄渣情況下加入；鈮鐵在出鋼前20～30min內(nèi)加入；釩鐵、硅鐵在出鋼前l(fā)0～20min加入；稀土、鈦鐵在出鋼前5～15min加入；鋁錠在出鋼前8～15min扒出適量的還原渣并補(bǔ)造新渣后加入。在熔料的過(guò)程中間隔20min進(jìn)行一次搗料。當(dāng)鋼水熔煉4/5，溫度達(dá)1500℃～1550℃時(shí)扒出爐渣，取樣送化驗(yàn)后立即造新渣。根據(jù)化驗(yàn)報(bào)告單，補(bǔ)加合金元素。鋼水全部熔化后將功率提高，在溶劑覆蓋的狀態(tài)下精煉3～5分鐘。對(duì)鋼水進(jìn)行預(yù)脫氧，預(yù)脫氧用Al量為鋼水的0.05～0.08％。第四步：澆注待爐料全部熔化且通過(guò)光譜分析成分合格，將爐溫升到1600～1640℃后出鋼，將澆包抬到熔煉爐前，將鋁線作為脫氧劑加入澆包內(nèi)，對(duì)準(zhǔn)爐咀接滿澆包4/5鋼水后投入除渣劑。將鋼水抬到澆注臺(tái)，在1～3min內(nèi)扒出除渣劑和鋼渣，對(duì)準(zhǔn)砂型澆口，包咀與澆口的距離垂直保持在100～150mm之間依次澆注到事先制好的砂型中，令其自然空冷至室溫。第五步：熱處理正火處理：對(duì)得到的鑄態(tài)低密度鋼進(jìn)行正火處理，待爐溫升到1100℃后將鑄件放入，保溫1小時(shí)后取出，空冷至室溫。鑄件在正火后4小時(shí)內(nèi)固溶處理：待爐溫升至900℃后將鑄件放入，保溫1.5小時(shí)后取出，迅速投入水槽中，慢慢攪動(dòng)，使鑄件快速冷卻，水溫35℃。最后在350℃熱處理爐中時(shí)效保溫2.5小時(shí)，空冷至室溫，得到組成如表5中實(shí)施例1所示的高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼。圖2，3為本實(shí)施例得到的高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼的典型組織的照片。如圖2，3所示，鑄鋼的基體組織為均勻等軸奧氏體，含有少量的鐵素體并且晶界及晶內(nèi)析出有點(diǎn)狀分布的碳化物。固溶處理水淬會(huì)使碳化物以細(xì)小的顆粒從過(guò)飽和的奧氏體基體中彌散析出，彌散分布的碳化物有助于提高奧氏體的強(qiáng)度。細(xì)小均勻的奧氏體基體組織，在形變時(shí)有助于防止裂紋的生成和擴(kuò)展，增強(qiáng)了鋼的塑性和韌性。取上面得到的高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼，經(jīng)打磨拋光后在4％的硝酸酒精中腐蝕，其表面經(jīng)過(guò)180s后才能見(jiàn)其表面腐蝕痕跡。相同條件下，取低碳低合金高強(qiáng)度鋼，在20～30s其表面就能被腐蝕。由此說(shuō)明，本發(fā)明的高強(qiáng)度Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼具有耐腐蝕的性能，在一些條件下可代替Cr、Ni不銹鋼使用。實(shí)施例二按目標(biāo)成分C：0.35％、Si：2.05％、Mn：11.10％、Al：9.15％、Cr：0.30％、Ni：0.25％、Mo：0.20％、Nb：0.05％、V：0.10％、Ti：0.88％、La：0.14％、Ce：0.08％、S≤0.01％、P≤0.02％的質(zhì)量百分比及表1爐料材質(zhì)單，表2各元素收得率計(jì)算各物料的質(zhì)量。配料、造型、熔煉、澆注方法如實(shí)施例一所示，不同之處為：鑄件在1100℃正火保溫1小時(shí)，空冷至室溫，然后在900℃固溶保溫20分鐘，水冷至室溫。最后在350℃時(shí)效2小時(shí)，空冷至室溫，得到組成如表5中實(shí)施例2成分低密度鑄鋼。實(shí)施例三按目標(biāo)成分C：0.35％、Si：5.05％、Mn：13.10％、Al：9.12％、Cr：0.30％、Ni：0.23％、Mo：0.25％、Nb：0.05％、V：0.13％、Ti：0.88％、La：0.17％、Ce：0.09％、S≤0.01％、P≤0.02％的質(zhì)量百分比及表1爐料材質(zhì)單，表2各元素收得率計(jì)算各物料的質(zhì)量。配料、造型、熔煉、澆注方法如實(shí)施例一所示，不同之處為：鑄件在1100℃正火保溫1小時(shí)，空冷至室溫，然后在900℃固溶保溫30分鐘，水冷至室溫。最后在450℃時(shí)效3小時(shí)，空冷至室溫，得到組成如表5中實(shí)施例3成分低密度鑄鋼。實(shí)施例四按目標(biāo)成分C：0.34％、Si：8.15％、Mn：15.05％、Al：12.00％、Cr：0.35％、Ni：0.25％、Mo：0.23％、Nb：0.01％、V：0.15％、Ti：0.85％、La：0.12％、Ce：0.08％、S≤0.01％、P≤0.02％的質(zhì)量百分比及表1爐料材質(zhì)單，表2各元素收得率計(jì)算各物料的質(zhì)量。配料、造型、熔煉、澆注方法如實(shí)施例一所示，不同之處為：鑄件在1100℃正火保溫1小時(shí)，空冷至室溫，然在900℃固溶保溫50分鐘，水冷至室溫。最后在320℃時(shí)效2.5小時(shí)，空冷至室溫，得到組成如表5中實(shí)施例4成分低密度鑄鋼。實(shí)施例五按目標(biāo)成分C：0.35％、Si：8.00％、Mn：13.15％、Al：6.10％、Cr：0.35％、Ni：0.20％、Mo：0.25％、Nb：0.05％、V：0.12％、Ti：0.80％、La：0.15％、Ce：0.08、S≤0.01％、P≤0.02％的質(zhì)量百分比及表1爐料材質(zhì)單，表2各元素收得率計(jì)算各物料的質(zhì)量。配料、造型、熔煉、澆注方法如實(shí)施例一所示，不同之處為：鑄件在1100℃正火保溫1小時(shí)，空冷至室溫，然在900℃固溶保溫80分鐘，水冷至室溫。最后在350℃時(shí)效2.5小時(shí)，空冷至室溫，得到組成如表5中實(shí)施例5成分低密度鑄鋼。實(shí)施例六按目標(biāo)成分C：0.35％、Si：2.05％、Mn：15.15％、Al：9.25％、Cr：0.25％、Ni：0.26％、Mo：0.25％、Nb：0.06％、V：0.08％、Ti：0.85％、La：0.18％、Ce：0.10％、S≤0.01％、P≤0.02％的質(zhì)量百分比及表1爐料材質(zhì)單，表2各元素收得率計(jì)算各物料的質(zhì)量。配料、造型、熔煉、澆注方法如實(shí)施例一所示，不同之處為：鑄件在1100℃正火保溫1小時(shí)，空冷至室溫，然在900℃固溶保溫120分鐘，水冷至室溫。最后在300℃時(shí)效1.5小時(shí)，空冷至室溫，得到組成如表5中實(shí)施例6成分低密度鑄鋼。表5為以上各實(shí)施例中熔煉最終所得的Fe-Mn-Al-C系低密度鑄鋼的化學(xué)成分重量百分比(其余為Fe和雜質(zhì))表5通過(guò)萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)參考GB/T228.1-2010國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)做成直徑為5mm的拉伸試棒，測(cè)定各實(shí)施例試樣的力學(xué)性能；利用洛氏硬度計(jì)參考GB/T230.2-2012國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定各實(shí)施例試樣的硬度；利用精密天平測(cè)定各實(shí)施例試樣的密度。其硬度、抗拉強(qiáng)度、密度如表6所示。表6從表6可以看出，本發(fā)明研發(fā)的Fe-Mn-Al-C系低密度鋼密度最低可降低到6.19g/cm3,相比一般鑄鋼密度降低了20.64％，且抗拉強(qiáng)度達(dá)到937MPa，具有較好的強(qiáng)度和密度的匹配。經(jīng)過(guò)大量的分析和實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明得到了合理配比、性能優(yōu)異的Fe-Mn-Al-C系低密度鋼。所述組成的意義如下：本發(fā)明C含量設(shè)計(jì)為0.05～0.35％。鋼中含C量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性能降低，采用C≤0.35％，可以保證鋼的塑韌性。C是重要的固溶強(qiáng)化元素，促進(jìn)奧氏體生成。C在鋼中與Mn和Al元素形成碳化物(Fe，Mn)3AlC或(Fe，Mn)3C，能夠改變鋼的組成相。本發(fā)明Al的含量設(shè)計(jì)為2～12％。固溶Al原子會(huì)引起Fe基體點(diǎn)陣擴(kuò)張，每添加1％的Al，鋼的密度下降0.101g/cm3，可減重約1.3％。添加合金元素Al能降低鋼的平均摩爾質(zhì)量和增加鋼的摩爾體積，從而降低鋼的密度。室溫下，Al在純Fe中有較高固溶度(9％),在C和Mn等其他元素存在時(shí)，其固溶度可進(jìn)一步增加。Al往往成為輕質(zhì)鋼的主要合金元素。本發(fā)明Al與Si元素的合理配合，使鑄鋼的密度有效降低20.64％。本發(fā)明Mn的含量設(shè)計(jì)為5～25％。Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30～0.50％。在碳素鋼中加入0.70％以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度；Mn具有資源豐富、效能多樣的特點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用；在高碳高錳耐磨鋼中，Mn含量可達(dá)10～14％，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當(dāng)受到?jīng)_擊變形時(shí)，表面層將因變形而強(qiáng)化，具有高的耐磨性；Mn固溶于奧氏體中，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，(α+γ)區(qū)下移，當(dāng)Mn含量超過(guò)12％時(shí)，鋼在室溫時(shí)形成單一奧氏體組織。本發(fā)明Mn含量的設(shè)計(jì)保證鋼得到奧氏體基體組織的同時(shí)提高了其強(qiáng)度和硬度。本發(fā)明Si的含量設(shè)計(jì)為2～10％。Si能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于彈簧鋼。硅能溶于奧氏體中，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬和釩等元素強(qiáng)。合理的Si含量，可以保證鋼的強(qiáng)度同時(shí)，有效降低其密度。本發(fā)明Cr的含量設(shè)計(jì)為0.1～0.8％。Cr在鋼中的主要作用是提高淬透性，能夠使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學(xué)性能；Cr能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，當(dāng)有其他合金元素加入時(shí)，效果較顯著。本發(fā)明Ni的含量設(shè)計(jì)為0.1～1.2％。Ni既能提高鋼的強(qiáng)度又能保持良好的塑性和韌性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每增加1％的Ni可提高強(qiáng)度約29.41Pa。但由于Ni是較稀缺的資源，所以應(yīng)盡量減少Ni的添加量。本發(fā)明Mo的含量設(shè)計(jì)為0.1～0.5％。Mo能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能。Mo與Cr、Mn并存時(shí)可以降低或抑制因其他元素所導(dǎo)致的回火脆性，Mo元素含量過(guò)高會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以應(yīng)盡量減少M(fèi)o的添加量。本發(fā)明Nb的含量設(shè)計(jì)為0.01～0.08％。Nb可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高其強(qiáng)度。Nb有細(xì)化晶粒的作用，并且能提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度。Nb資源在我國(guó)較為豐富，但在世界范圍內(nèi)儲(chǔ)量很少，且有其他重要用途，合金成分設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理的原則，盡量減少Nb元素的含量。本發(fā)明V的含量設(shè)計(jì)為0.01～0.80％。V是鋼的優(yōu)良脫氧劑，可提高鋼的強(qiáng)度和韌性。V和C、N、O有極強(qiáng)的親合力，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。V在鋼中主要以碳化物的形態(tài)存在，其主要作用是細(xì)化鋼的組織和晶粒。本發(fā)明Re的含量設(shè)計(jì)為0.01～0.50％。稀土元素能提高鋼的塑韌性，特別是在鑄鋼中尤為顯著；稀土元素也可以提高鋼的抗氧化性和耐蝕性，其抗氧化性效果超過(guò)Si、Al、Ti等元素；稀土元素能改善鋼的流動(dòng)性，減少非金屬夾雜，使鋼組織致密、純凈；稀土元素在鐵中的溶解度很低，不超過(guò)0.5％；稀土元素價(jià)格昂貴會(huì)增加生產(chǎn)成本，應(yīng)盡量減少稀土元素的含量。本發(fā)明Si+Al的含量設(shè)計(jì)為11～20％。雖然加入Si、Al元素可以有效降低鋼的密度達(dá)到輕質(zhì)的效果，但并不是含量越多越好，Si+Al含量一定要在合理范圍內(nèi)。Al是鐵素體強(qiáng)穩(wěn)定化元素，Si在鋼中溶于鐵素體內(nèi)會(huì)增加鋼的強(qiáng)度和硬度。添加Al元素使鋼產(chǎn)生鐵素體相，Si的添加增強(qiáng)了鐵素體的力學(xué)性能，兩者相輔相成得到了性能優(yōu)良的輕質(zhì)鑄鋼。本發(fā)明Nb、V、Ti的總含量設(shè)計(jì)為2C≤Nb+V+Ti≤3C。V與C形成VC，當(dāng)固溶溫度高于AC3且保溫較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，VC轉(zhuǎn)入固溶體使鋼的硬度提高。Nb與C形成NbC、Nb2C，Ti與C形成TiC，這些分散的碳化物質(zhì)點(diǎn)可細(xì)化晶粒，提高鋼的塑韌性。Nb、V、Ti總含量和C含量合理配合，顯著增強(qiáng)了鋼的力學(xué)性能。本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3