高Mn低比重高強度耐磨鋼板

  汽車等運輸設(shè)備的輕量化,會提高汽車等運輸設(shè)備的燃油效率和減排CO2,在這種情況下,汽車等運輸設(shè)備用鋼鐵材料的高強度化就是一個永恒的課題。采用高強度耐磨鋼板使零部件減薄可以實現(xiàn)輕量化。此外,鋼中添加Al、Si等低比重元素也是輕量化的有效方法。但是這些元素含量增加會使鐵素體相晶格有序化,形成B2相或D03相,使鋼材脆化,所以需要添加奧氏體穩(wěn)定化元素Mn和C。因此Fe-Mn-Cr-Si-Al熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫將是低比重高強度耐磨鋼板開發(fā)的有力工具。為此,科研工作者在Fe-Mn-Al系和Fe-Mn-Al-C系相平衡實驗數(shù)據(jù)和以前研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,進行熱力學(xué)解析,構(gòu)建了低比重鋼數(shù)據(jù)庫,并利用該數(shù)據(jù)庫進行低比重高強度耐磨鋼板的成分設(shè)計。

  Fe-20%Mn-Al-C(質(zhì)量%)1100℃狀態(tài),鋼中添加Mn、C,γ區(qū)向高Al側(cè)擴大,預(yù)計單相γ最低比重成分位于比重6.5g/cm3的等比重線、單相γ區(qū)與(α+γ)兩相區(qū)重疊的區(qū)域、(γ+κ)兩區(qū)所包圍的區(qū)域。因此控制C含量、使γ穩(wěn)定化,提高Al含量就可以實現(xiàn)鋼的低比重化。在上述分析的基礎(chǔ)上,制造出比重為6.5-6.6g/cm3的Fe-20Mn-Al-C-5%Cr(質(zhì)量)系合金,該合金系經(jīng)1100℃固溶處理后低Al含量的單相γ的10Al-1.5C合金試樣的抗拉強度約為900MPa,并且拉伸伸長率高達(dá)60%以上。含α相的12Al-1C合金雖然伸長率下降,但抗拉強度到達(dá)1000MPa以上。

  高C含量的11Al-1.8C合金的屈服強度高達(dá)1200MPa,并且?guī)缀鯖]有加工硬化現(xiàn)象,伸長率達(dá)30%。10Al-1.15C合金,熱處理空冷后,屈服強度大于1000MPa,伸長率達(dá)到40%左右。這些合金中雖然含有少量的Cr的碳化物,但基本上是單相γ合金,這種單相γ合金的屈服強度能夠達(dá)到1000MPa。根據(jù)這些試驗結(jié)果可以認(rèn)為,F(xiàn)e-Mn-Cr-Si-Alγ相合金的高屈服強度、高抗拉強度、高延性是冷卻過程中在γ相中析出微細(xì)κ相產(chǎn)生析出強化的結(jié)果。Fe-Mn-Cr-Si-Al系合金具有相當(dāng)于馬氏體鋼的高強度和相當(dāng)于奧氏體鋼的高延性。這種Fe-Mn-Cr-Si-Al系合金通過熱處理及其后的冷卻速度控制的簡單制造工藝即可生產(chǎn),是可期待的低比重高強度耐磨鋼板。

  Fe-Mn-Al-C基合金除了具有優(yōu)良的力學(xué)性能,作為功能材料也具有良好的特性。該合金的固有電阻值為2.0×10-4Ω·cm,是現(xiàn)行高電阻材料固有電阻的1.5倍。現(xiàn)行電阻器用的電阻線主要是Cu-Mn系(銅錳鎳電阻合金),Cu-Ni系(康銅,固有電阻約0.5×10-4Ω·cm),F(xiàn)e-Cr-Al系,Ni-Cr系合金(鎳鉻系電阻絲,固有電阻約1.2×10-4Ω·cm)。Cu-Mn系、Cu-Ni系合金具有良好的溫度穩(wěn)定性,但固有電阻值小,F(xiàn)e-Cr系、Ni-Cr系合金固有電阻值大,但溫度特性差。固有電阻最大的Fe-Cr-Al系合金強度高,加工困難,作為繞阻用電阻線的直徑多為0.025mm。如果電阻線強度低,在卷線過程中又會發(fā)生斷線問題。Fe-Mn-Al-C基合金具有極高的固有電阻值以及優(yōu)良的冷、熱加工性,并且抗拉強度高達(dá)1000MPa以上,從而解決了斷線問題。此外,F(xiàn)e-Mn-Al-C基合金固有電阻值隨溫度只有極小的變化,其溫度系數(shù)小于10×10-6/K,可作為精密的高電阻材料。