本发明属于合金钢
技术领域：
，尤其涉及一种高强度高塑性低密度钢及其制造方法，密度低、强度高、塑性好。
背景技术：
：Fe–Mn–Al-C系低密度钢出现于上世纪50年代，随着研究的深入，低密度钢的特殊性逐渐被挖掘出来。首先，高含量的铝使得该钢种密度比其他钢种要小，每增加1wt％的Al，其密度就会减少约1.3％，然而杨氏模量也会相应减少2-2.5％；再者，高Al含量使得堆垛曾错能及短程序增加，让低密度钢的加工硬化机制不仅仅局限于高锰钢的相变诱导塑性及孪晶诱导塑性强化，微带诱导塑性、剪切带诱导塑性及动态滑移带细化等加工硬化机制也能用于强化低密度钢；然后，纳米级第二相κ’-碳化物通过一定的热处理手段可以获得，通过钉扎作用细化晶粒及第二相弥散进一步强化其力学性能,屈服强度、抗拉强度、断面收缩率、断后伸长率等等。鉴于以上特点，低密度钢在未来应该有着极其广泛的应用范围。专利公开号为CN104711494A的中国专利公开了一种高强度高塑性的NiAl强化低密度钢，其特点是该合金钢的化学组成成分重量％为：C0.5–1.5％，Mn10–30％,Al5–12％,Ni5–15％，抗拉强度达到1350MPa以上，延伸率达到10％以上。专利公开号为CN106399858A的中国专利公开了一种高强度高塑性的Ti3Al强化低密度钢，其特点是该合金钢的化学组成成分重量％为：C0.5–1.5％，Mn15–30％,Al5–10％,Ti5–20％，Cr≤5％，通过添加Ti形成Ti3Al，与κ’-碳化物一同产生析出强化，抗拉强度达到1350MPa，延伸率达到10％以上。专利公开号为CN106244927A的中国专利公开了一种高强度高塑性的低密度钢，其特点是该合金钢的化学组成成分重量％为：：C0.6–1.6％，Mn15–30％,Al5–10％,Nb0.01–0.2％，Mo0.1–3％，Cr≤5％，通过复合添加Nb和Mo，析出细小弥散的NbMoC相，协同κ’-碳化物进行析出强化，抗拉强度达到1350MPa，延伸率达到10％以上。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强度高塑性低密度钢及其制造方法，在不提高Fe-Mn-Al-C系低密度钢成本的前提下，通过固溶处理手段，显著提高钢的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率。本发明钢的化学成分(质量分数，％)为:1.0-1.6wt％C、25-28wt％Mn、2-8wt％Al，余量为Fe。本发明的制备方法：采用真空感应炉冶炼，控制化学成分(质量分数，％)为:1.0-1.6wt％C、25-28wt％Mn、2-8wt％Al，余量为Fe。钢锭经1160-1200℃高温均质化处理，8小时≤扩散时间≤40小时，装炉温度≤300℃；均质化处理后锻成Φ16mm圆棒，取标准拉伸试样，经由700-1200℃固溶1-3h后油淬冷却；然后在300-550℃下时效5-10小时。以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明：C：C元素的主要作用是与Mn、Al元素形成κ’-碳化物，形成析出强化、弥散强化，提高钢的强度。同时C是奥氏体形成元素，可促进奥氏体的形成。同Al一样，C可降低钢的密度，C含量越高，钢的密度越低，钢的强度及塑性越好。但是，过量的C反而使得粗大的κ’-碳化物沿晶界析出，导致强度及塑性降低。故C含量应该控制在一个范围，本发明的C含量控制在：1.0wt％-1.6wt％。Mn：Mn元素的主要作用是与C、Al元素形成κ’-碳化物，形成析出强化、弥散强化，提高钢的强度。同时Mn是奥氏体形成元素，可促进奥氏体的形成，这对于钢的强塑性是非常有利的。Mn的密度比Fe略低，故Mn不会增加钢的密度，而且Mn的成本低，大量使用Mn元素可以降低钢的成本。然而在过量使用Mn元素会使得钢在时效过程中产生β-Mn相，这种β-Mn相为硬质相，会大大降低钢的塑性。Mn也易在快速加热或冷却过程中造成热开裂，故Mn含量也应该控制在一个范围，本发明的Mn含量控制在：25-28wt％。Al：Al元素的主要作用是与C、Mn元素形成κ’-碳化物，形成析出强化、弥散强化，提高钢的强度。Al能大大降低密度，增加短程序，使得钢的变形机制增多。Al是铁素体形成元素，能增强钢的强度，但是会降低塑性。因此Al的含量不能过多，本发明的Al含量控制在2-8wt％。根据上述化学成分及生产方法所制备的本发明钢，具有密度低、成本低、高强度和高塑性的特点，具体性能为：密度达到了6.0-7.0g/cm3,拉伸强度在1300MPa以上。与现有技术相比，本发明合金成分简单，综合性能优良且成本低廉，仅用细化κ’-碳化物析出增强，让低密度钢拥有更高的强度和更好的塑性。具体实施方法下面结合具体实施实例对本发明的高强度高塑性的低密度钢做进一步说明：实施例1：表1为本发明钢的成分：表1本发明钢的成分余量Fe成分CMnAl含量1.6wt％27.7wt％7.2wt％本发明钢采用真空感应炉冶炼，化学成分(质量分数，％)为:1.6C、27.7Mn、7.2Al，余量为Fe。钢锭经1200℃高温均质化处理后锻成Φ16mm圆棒，取标准拉伸试样，经1050℃固溶1h后油淬冷却。试验钢采用真空感应炉冶炼，其具体工艺参数如下：钢锭进行1200℃均质化处理，扩散时间为10小时，装炉温度≤300℃；热处理制度：固溶温度为1050℃，固溶时间为一小时，冷却方式为油冷。时效温度为430℃，时效时间为五小时，冷却方式为空冷。表2为本发明钢的强度与塑性，该钢屈服强度Rp0.2为1170MPa，抗拉强度Rm为1310MPa，断后延伸率为37％，断面收缩率为54％，具有高强度高塑性。表2本发明钢的强度与塑性指标屈服强度抗拉强度断后延伸率断面收缩率性能1170MPa1310MPa37％54％当前第1页1 2 3