[發(fā)明專利]一種超高強(qiáng)度無磁高錳鋼棒材的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310459458.2
• 申請(qǐng)日: 2023-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN116479222A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張中武;程浩;孫利昕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D8/06
• 分類號(hào): C21D8/06;C21D1/30;C21D6/00;C22C38/04;C22C38/12;C22C38/06;C22C38/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陸濤

本發(fā)明公開了一種超高強(qiáng)度無磁高錳鋼棒材的制備方法，包括下述步驟：S1.熔煉后采用模鑄或連鑄獲得高錳鋼鑄坯；S2.高錳鋼鑄坯進(jìn)行熱鍛獲得熱鍛坯；S3.熱鍛坯進(jìn)行精密鍛造獲得無磁高強(qiáng)度棒材；S4.對(duì)無磁超高強(qiáng)度棒材進(jìn)行退火處理。本發(fā)明保持心部到表層性能均勻分布，抗拉強(qiáng)度高達(dá)1.8GPa，同時(shí)相對(duì)磁導(dǎo)率低于1.002，且突破現(xiàn)有公開技術(shù)制備超高強(qiáng)度高錳鋼的尺寸限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超高強(qiáng)度無磁高錳鋼棒材的制備方法。

背景技術(shù)

高錳奧氏體鋼是一種低層錯(cuò)能材料，其屈服強(qiáng)度相對(duì)較低(0.2GPa～0.6GPa)，但抗拉強(qiáng)度較高(≥1GPa)。在塑性變形過程中，當(dāng)層錯(cuò)能低于20mJ/m²時(shí)，該鋼可發(fā)生馬氏體相變，當(dāng)SFE在20mJ/m²至45mJ/m²之間時(shí)，可發(fā)生孿生變形。這些機(jī)制分別被稱為TRIP和TWIP效應(yīng)，導(dǎo)致了出色的加工硬化能力。因此，高錳奧氏體鋼廣泛應(yīng)用于汽車、LNG(液化天然氣)運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。而無磁高錳鋼屬于高錳奧氏體鋼，區(qū)別僅為其層錯(cuò)能要求高于20mJ/m²，以避免變形過程中出現(xiàn)鐵磁性的馬氏體。但較低的強(qiáng)度嚴(yán)重限制了無磁高錳鋼的應(yīng)用。

因加工硬化能力優(yōu)異，高錳鋼常被作為耐磨材料。公開號(hào)CN111041175A公開了一種強(qiáng)韌耐磨高錳鋼及其制備方法和應(yīng)用，Mn元素按質(zhì)量百分比僅為11％～13％，低的Mn含量帶來更低層錯(cuò)能，進(jìn)一步促進(jìn)TRIP效應(yīng)提高加工硬化能力，得以在接觸應(yīng)力時(shí)，表面迅速硬化，而心部仍然保持良好的韌性。但優(yōu)秀的耐磨性能意味著極易變形不均勻，變形抗力極大，難以制造出性能均勻、高強(qiáng)度的大尺寸工件或中厚板。

變形抗力大是現(xiàn)有高強(qiáng)度高錳鋼的公開技術(shù)主要集中在只能冷軋制備的薄板上的主要原因。如公開號(hào)CN114507823A提供了一種超高強(qiáng)度無磁高錳鋼及其制備方法，其主要成分質(zhì)量百分比計(jì)為C：0.85％～1.2％、Mn：20.6％～25.0％、Mo：3.5％～5.0％，余量的Fe，經(jīng)過70％的冷軋或冷鍛處理，制備的高錳無磁鋼抗拉強(qiáng)度高到2GPa。公開號(hào)CN115287542A提供了一種具有均勻納米孿晶分布的高強(qiáng)度低磁鋼及其制備方法，主要合金成分為Mn：12％～25％，Si：0～3％，C：0.6％～1.4％，余量為Fe，經(jīng)90％的冷軋變形量也可獲得2GPa的超高強(qiáng)度。以及公開號(hào)CN112030077A(一種低密度耐腐蝕彈簧扁鋼及其生產(chǎn)方法)、CN115537658A(一種具有良好耐磨性能高錳鋼及生產(chǎn)方法)等均可獲得抗拉強(qiáng)度1.5GPa的高錳鋼，但強(qiáng)化技術(shù)仍圍繞著大變形量冷軋?zhí)幚恚宀暮穸韧ǔH有3mm。因此現(xiàn)有公開技術(shù)所提供的高強(qiáng)無磁鋼制備方法常為極限條件，適用范圍有限。

優(yōu)秀的耐磨性能所反映的是高錳鋼極易變形不均勻，是限制其通過變形強(qiáng)化制備高強(qiáng)度大尺寸工件的根本原因。眾所周知，變形不均勻極易引起殘余應(yīng)力。如公開號(hào)CN114894361A(基于跨點(diǎn)頻響阻尼特性的金屬構(gòu)件殘余應(yīng)力定量檢測方法)、CN106769574A(金屬構(gòu)件殘余應(yīng)力與表面硬度關(guān)系測試裝置及方法)、CN104048786A(一種超聲波無損測量金屬板材內(nèi)部殘余應(yīng)力場的方法)、CN115634928A(一種提高航空用超寬超厚鋁合金板材綜合性能的方法)等所述，板材不同位置的變形量不同，將使其不同部位產(chǎn)生大小不同的殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力使金屬工件在加工制造過程中產(chǎn)生開裂，即使加工過程得以完成，在長時(shí)間的使用過程仍會(huì)發(fā)生尺寸變化、疲勞開裂等問題。對(duì)于加工硬化能力優(yōu)異的高錳鋼來說，小尺寸下的冷軋薄板，可以通過在變形過程中發(fā)生彎曲、翹曲變形等將殘余應(yīng)力釋放，因此容易在極限變形條件下制備出厚度5mm左右的超高強(qiáng)度板材而不開裂。而對(duì)于大尺寸下的變形強(qiáng)化，由于殘余應(yīng)力收到尺寸約束，而難以通過整體形變釋放殘余應(yīng)力，導(dǎo)致在整體范圍內(nèi)保持平衡的殘余應(yīng)力在局部位置上集中。即使設(shè)備滿足變形要求，也會(huì)因殘余應(yīng)力過大，導(dǎo)致大尺寸工件在變形過程中極易發(fā)生開裂。