本發(fā)明涉及金屬材料，具體涉及一種耐空蝕低密度鋼及其制備方法。

背景技術：

1、近年來，低密度鋼再次激發(fā)起廣泛的興趣。研究表明，只要將鋼的密度降低10％，就能維持或大幅提升其在汽車領域的優(yōu)勢與競爭能力。但同時，汽車行業(yè)對材料的比強度、可成形性、連接性等提出了更高的要求。在鋼中加入硅、鋁、鎂等輕元素，可使其密度下降。在輕元素對于鋼鐵材料的熱力學穩(wěn)定性方面也有重大影響。由此可以看出，低密度鋼是一門新興的學科，其研究既是機遇，也是挑戰(zhàn)。因此，及時就有關低密度鋼研究的基本問題和應用實踐進行系統(tǒng)的研究是必要且有意義的。

2、fe-mn-al-c低密度鋼是一種新型輕質(zhì)合金，與普通鋼種相比，其al和mn元素含量較多，基于目前對低密度鋼的研究，高al含量fe-mn-al-c低密度鋼具有優(yōu)異的減重潛力、高的強塑性積、應變硬化和高吸收能，是最有前景的輕量化鋼種之一。fe-mn-al-c低密度鋼因其重量輕、強度高，以及一定的耐蝕性，在水輪機葉片、閥桿等過流部件有極大的應用潛力。然而，在服役過程中需要面對空蝕破壞的侵擾，降低了鋼材的服役壽命。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種耐空蝕低密度鋼及其制備方法，本發(fā)明通過調(diào)控低密度鋼中al含量，使fe-mn-al-c鋼表層組織更均一，抗空蝕、耐磨、耐腐蝕性能得到明顯改善，達到滿足苛刻服役條件的要求。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種耐空蝕低密度鋼，按質(zhì)量百分比計，由以下成分制成：mn?24.5％，c0.86％，al10％～13％，fe余量，合金100％。

4、本發(fā)明的耐空蝕低密度鋼調(diào)控鋼中al含量為10％～13％，當鋼中al含量超過10％時，組織中出現(xiàn)鐵素體組織，這是因為al元素作為α相穩(wěn)定元素提升了鐵素體的析出溫度，促使更多的鐵素體產(chǎn)生，而鐵素體的增加可以使合金鋼的強硬度增加，使合金鋼具有導熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小，抗氧化性好，抗應力腐蝕優(yōu)良等特點，可以用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件，而當鋼中al含量超過13％時，組織中鐵素體組織過多，會導致脆性增加，強韌性大幅度降低，影響材料的服役壽命。

5、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，按質(zhì)量百分比計，由以下成分制成：mn?24.5％，c0.86％，al含量為10.28％～12.18％，fe余量，合計100％。

6、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，所述耐空蝕低密度鋼相組成為奧氏體和鐵素體。

7、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，所述耐空蝕低密度鋼密度為6.36～6.55g/cm3。

8、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，所述耐空蝕低密度硬度為357.8～392.1hv。

9、本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述任一項所述的耐空蝕低密度鋼的制備方法，包括以下步驟：

10、按質(zhì)量百分比稱取以下原料：mn?24.5％，c?0.86％，al?10～13％，fe余量，合計100％。

11、將所述原料采用真空冶煉法進行熔煉，得到熔煉后的合金，在熔煉過程中為了降低合金元素al的高溫燒損率，主要采用cao坩堝進行熔煉。

12、將熔煉后的合金經(jīng)過鍛造加工，得到鑄坯。

13、對所述鑄坯進行熱處理，得到耐空蝕低密度鋼。

14、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，鍛造溫度為1000℃～1100℃，平均鍛壓比為1.18。

15、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，熱處理溫度為1100～1200℃，熱處理時間為2小時。

16、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，熔煉溫度為1150℃，保溫時間為2h。

17、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，熔煉過程采用的坩堝為cao坩堝。

18、fe-mn-al-c系鋼的加工工藝還需進行廣泛的深入研究，為實際工業(yè)化應用提供有效參數(shù)，通過控制al元素含量來控制相組成實現(xiàn)fe-mn-al-c低密度鋼的增強增韌，改善實際應用性能，有重要的意義。

19、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

20、1、本發(fā)明制備的fe-mn-al-c耐空蝕低密度鋼，調(diào)控鋼中al含量為10～13％，當鋼中al含量超過10％時，組織中出現(xiàn)鐵素體組織，這是因為al元素作為α相穩(wěn)定元素提升了鐵素體的析出溫度，促使更多的鐵素體產(chǎn)生，而鐵素體的增加可以使合金鋼的強硬度增加，使合金鋼具有導熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小，抗氧化性好，抗應力腐蝕優(yōu)良等特點，可以用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件，而當鋼中al含量超過13％時，組織中鐵素體組織過多，會導致脆性增加，強韌性大幅度降低，影響材料的服役壽命。

21、2、本發(fā)明通過調(diào)控低密度鋼中al含量得到的fe-mn-al-c鋼的表面層變得更加致密，表面硬度、強度均有較大改善，此外，還可使fe-mn-al-c鋼表層組織更均一，抗空蝕、耐磨、耐腐蝕等性能得到明顯改善，達到滿足苛刻服役條件的要求。

技術特征：

1.一種耐空蝕低密度鋼，其特征在于，按質(zhì)量百分比計，由以下成分制成：mn?24.5％，c0.86％，al?10％～13％，fe余量，合計100％。

2.根據(jù)權利要求1所述的耐空蝕低密度鋼，其特征在于，按質(zhì)量百分比計，由以下成分制成：mn?24.5％，c?0.86％，al含量為10.28％～12.18％，fe余量，合計100％。

3.根據(jù)權利要求1所述的耐空蝕低密度鋼，其特征在于，所述耐空蝕低密度鋼相組成為奧氏體和鐵素體。

4.根據(jù)權利要求1所述的耐空蝕低密度鋼，其特征在于，所述耐空蝕低密度鋼密度為6.36～6.55g/cm3。

5.一種權利要求1～4任一項所述的耐空蝕低密度鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權利要求5所述的耐空蝕低密度鋼的制備方法，其特征在于，鍛造加工溫度為1000℃～1100℃，平均鍛壓比為1.18。

7.根據(jù)權利要求5所述的耐空蝕低密度鋼的制備方法，其特征在于，熱處理溫度為1100℃～1200℃，熱處理時間為2小時。

8.根據(jù)權利要求5所述的耐空蝕低密度鋼的制備方法，其特征在于，熔煉溫度為1150℃，保溫時間為2小時。

技術總結
本發(fā)明涉及金屬材料技術領域，具體涉及一種耐空蝕低密度鋼及其制備方法，所述耐空蝕低密度鋼按質(zhì)量百分比計，包括：Mn?24.5％，C?0.86％，Al?10～13％，F(xiàn)e余量，合計100％，本發(fā)明的方法處理后的Fe?Mn?Al?C鋼的表面層變得更加致密，表面硬度、強度均有較大改善。此外，經(jīng)過本發(fā)明方法處理后還可使Fe?Mn?Al?C鋼表層組織更均一，抗空蝕、耐磨、耐腐蝕等性能得到明顯改善，達到滿足苛刻服役條件的要求。

技術研發(fā)人員：王巖,葉雨萌,劉世鋒,魏瑛康,王建勇,張亮亮
受保護的技術使用者：西安建筑科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30