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高錳Mn低比重高強(qiáng)度鋼
?汽車等運(yùn)輸設(shè)備的輕量化，會(huì)提高汽車等運(yùn)輸設(shè)備的燃油效率和減排CO2，在這種情況下，汽車等運(yùn)輸設(shè)備用鋼鐵材料的高強(qiáng)度化就是一個(gè)永恒的課題。采用高強(qiáng)度鋼使零部件減薄可以實(shí)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(huì)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(kù)將是低比重高強(qiáng)度鋼開(kāi)發(fā)的有力工具。為此，日本東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在Fe-Mn-Al?系和Fe-Mn-Al-C系相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和以前研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行熱力學(xué)解析，構(gòu)建了低比重鋼數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行低比重高強(qiáng)度鋼的成分設(shè)計(jì)。圖2是Fe-20%Mn-Al-C（質(zhì)量%）1100℃狀態(tài)圖，圖中的點(diǎn)線是等比重線。根據(jù)該圖，鋼中添加Mn、C，γ區(qū)向高Al側(cè)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)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(shí)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(qiáng)度約為900MPa，并且拉伸伸長(zhǎng)率高達(dá)60%以上。含α相的12Al-1C合金雖然伸長(zhǎng)率下降，但抗拉強(qiáng)度到達(dá)1000MPa以上。高C含量的11Al-1.8C合金的屈服強(qiáng)度高達(dá)1200MPa，并且?guī)缀鯖](méi)有加工硬化現(xiàn)象，伸長(zhǎng)率達(dá)30%。10Al-1.15C合金，熱處理空冷后，屈服強(qiáng)度大于1000MPa，伸長(zhǎng)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(qiáng)度能夠達(dá)到1000MPa。根據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果可以認(rèn)為，F(xiàn)e-Mn-Cr-Si-Al?γ相合金的高屈服強(qiáng)度、高抗拉強(qiáng)度、高延性是冷卻過(guò)程中在γ相中析出微細(xì)κ相產(chǎn)生析出強(qiáng)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(qiáng)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(guò)熱處理及其后的冷卻速度控制的簡(jiǎn)單制造工藝即可生產(chǎn)，是可期待的低比重鋼。??
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