一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，包括下述步骤：S1.熔炼后采用模铸或连铸获得高锰钢铸坯；S2.高锰钢铸坯经热锻、穿孔或机加工获得旋压筒坯；S3.进行多道次强力热旋压，获得高强无磁高锰钢筒形件。本发明专利技术解决强力旋压成形技术制备的无磁高锰钢筒形件力学性能不均匀的问题，进而解决强力旋压成型中无磁高锰钢极易开裂的问题，提高无磁高锰钢的旋压变形能力的同时，改善无磁高锰钢强度，实现无磁高锰钢筒形件的成型与强化一体化控制。化控制。化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料，尤其涉及一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法。

技术介绍

[0002]高锰奥氏体钢是一种低成本的TWIP(孪生诱导塑性)钢，屈服强度较低(≥300MPa)但却具有高的抗拉强度(≥800MPa)，这是因为高锰奥氏体钢拥有较低的层错能(SFE)，在塑性变形过程中发生TWIP效应导致其加工硬化能力优异，展现极高的塑性变形能力。
[0003]公开号CN111041175A公开了一种强韧耐磨高锰钢及其制备方法和应用，其主要的化学成分按质量百分比为Mn：11～13％，C：0.9～1.3％，Cr：1～2％，Mo：0.3～0.5％，采取更低的Mn含量降低SFE，可以促进TRIP效应发生(马氏体相变诱导塑性)，致使高锰钢的加工硬化率进一步提高，确保高锰钢工件在受到外力的作用时表面能够快速硬化，因此高锰奥氏体钢可作为耐磨件广泛应用。此外，借助高锰奥氏体钢优异的加工硬化能力，可通过预先变形在基体中引入大量纳米孪晶大幅改善高锰钢的屈服强度，制备高强度无磁高锰钢。如公开号CN114507823A提供了一种超高强度无磁高锰钢及其制备方法，其主要成分质量百分比计为C：0.85～1.2％、Mn：20.6～25.0％、Mo：3.5～5.0％，余量的Fe，经过40～70％的冷轧或冷锻处理，制备出2GPa的高锰无磁钢。公开号CN112030077A的专利，其主要成分按质量百分比计为C：1.2～1.6％，Al：8～11％，Mn：25～28％，余量的Fe，经总下压量70％的冷轧处理，制备出抗拉强度达1.4GPa的高锰奥氏体钢板材。虽然高锰奥氏体钢凭借极高的加工硬化率赋予其优异的耐磨性，并且可以通过预先冷变形大幅提高强度，但同样也导致其变形抗力极大，降低了其加工成型性。高锰钢的强化和工件成型相矛盾，限制了超高强无磁高锰钢的开发和广泛应用。
[0004]强力旋压技术可用于制造不同壁厚的回转工件。然而，与轧制或锻造过程相比，强力旋压带来的塑性变形更加复杂。有限元分析软件对强力旋压过程的数值模拟表明，如《筒形件强力旋压时纳米/超细晶生成条件研究》(肖钢峰，华南理工大学博士学位论文，2016)等人报道，变形过程中沿厚度方向上的应力应变分布不均匀，表层的应力应变要比内层大得多，从而导致表层到内层的变形程度逐渐下降。这种变形不均匀性容易导致强力旋压制备的筒体出现组织和力学性能的不均匀性，甚至开裂。而高锰奥氏体钢又是一种加工硬化率极高的材料，在强力旋压变形的作用下，筒体表层会快速硬化，阻碍塑性变形向内层传递，从而进一步加剧不同厚度上的应变差异。接近芯模的内层塑性变形程度远远小于表层，导致内层与外层力学性能的差距过大，因不均匀塑性变形而引起大量残余应力，极易导致旋压过程中工件内部出现裂纹、甚至开裂。
[0005]因此，要解决无磁高锰钢在强力旋压中的成型与强化的矛盾问题，必须创造性地开发新的制造技术。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，解
决强力旋压成形技术制备的无磁高锰钢筒形件力学性能不均匀的问题，进而解决强力旋压成型中无磁高锰钢极易开裂的问题，提高无磁高锰钢的旋压变形能力的同时，改善无磁高锰钢强度，实现无磁高锰钢筒形件的成型与强化一体化控制。
[0007]技术方案：本专利技术所述的一种高锰钢，按照质量百分比计：C：0.8％～1.2％、Mn：20％～25％、Mo：3％～5％、Al：0.1％～0.3％、Si：0.1％～0.5％、P：≤0.035％、S：≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0008]优选的，按照质量百分比计：C：0.9％、Mn：25％、Mo：5％、Al：0.1％～0.3％、Si：0.1％～0.5％、P：≤0.035％、S：≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0009]优选的，按照质量百分比计：C：1.0％、Mn：23％、Mo：4％、Al：0.1％～0.3％、Si：0.1％～0.5％、P：≤0.035％、S：≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0010]优选的，按照质量百分比计：C：1.2％、Mn：20％、Mo：3％、Al：0.1％～0.3％、Si：0.1％～0.5％、P：≤0.035％、S：≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0011]本专利技术对所述的高锰奥氏体钢的原料没有特殊限定，能够满足技术方案的成分比例即可，可增加除氧、除硫、除磷等环节。
[0012]成分设计主要依据层错能(SFE)。Mn和C的成分范围对SFE有强烈影响，而SFE是控制高锰奥氏体钢加工硬化能力的主要因素。SFE较低时(≤20mJ/m2)高锰奥氏体钢在变形过程中会发生马氏体相变，致使极高的加工硬化率，并且出现的立方马氏体具有铁磁性，会破坏奥氏体钢的无磁性能。当SFE较高时(≥45mJ/m2)，变形过程中主要以位错滑移为主，加工硬化率较低。当SFE介于中间范围，变形机制以孪生为主，加工硬化能力也介于相变机制和位错滑移机制之间。为了实现本专利技术的目的，配合本专利技术强力热旋压的制备方法，本专利技术所设计的成分范围在室温下的SFE在26mJ/m2～32mJ/m2之间。
[0013]本专利技术所述的一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，包括下述步骤：
[0014]S1.熔炼后采用模铸或连铸获得高锰钢铸坯；
[0015]S2.高锰钢铸坯经热锻、穿孔或机加工获得旋压筒坯；
[0016]S3.进行多道次强力热旋压，获得高强无磁高锰钢筒形件。
[0017]其中，所述的步骤S2中铸坯1000℃～1200℃保温，在900℃～1200℃热锻。优选的，铸坯1200℃保温，热锻完成后空冷至室温。
[0018]其中，所述的步骤S2中热锻过程为径锻机锻造成八角锭后，再进行旋转锻造，热锻过程配合穿孔工艺制备筒坯。
[0019]其中，所述的步骤S3中钢筒形件的总壁厚减薄率为30％～70％。优选的，总壁厚减薄率为30％、50％、70％。
[0020]其中，所述的步骤S3中强力热旋压的旋压过程中旋压筒坯的加热温度600℃～850℃。优选的，旋压筒坯的加热温度600℃、700℃、800℃。
[0021]其中，所述的步骤S3中强力热旋压加热过程采用电磁感应或者火焰原位加热；或者旋压不同道次后回炉加热，回炉加热温度与旋压温度一致，加热时间为15min～60min。
[0022]其中，所述的步骤S3中强力热旋压过程每道次单边压下量0.2mm～2mm；旋轮进给速度每分钟10mm～60mm。优选的，旋轮进给速度每分钟20mm、30mm、40mm、60mm。
[0023]本专利技术所使用的旋压设备没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的强力旋压设备即可。本专利技术所使用的旋压旋轮和旋压机的芯轴没有特殊限定，能够满足高锰奥氏体钢
实现强力旋压变形即可。
[0024]制备工艺围绕着高锰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：S1.熔炼后采用模铸或连铸获得高锰钢铸坯；S2.高锰钢铸坯经热锻、穿孔或机加工获得旋压筒坯；S3.进行多道次强力热旋压，获得高强无磁高锰钢筒形件。2.根据权利要求1所述的一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，其特征在于：所述的步骤S1中的高锰钢，按照质量百分比计：C：0.8％～1.2％、Mn：20％～25％、Mo：3％～5％、Al：0.1％～0.3％、Si：0.1％～0.5％、P：≤0.035％、S：≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。3.根据权利要求1所述的一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，其特征在于：所述的步骤S2中铸坯1000℃～1200℃保温，在900℃～1200℃热锻。4.根据权利要求1所述的一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制备方法，其特征在于：所述的步骤S2中热锻过程为径锻机锻造成八角锭后，再进行旋转锻造，热锻过程配合穿孔工艺制备筒坯。5.根据权利要求1所述的一种1500MPa级无磁高锰钢筒形件的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中武，程浩，孙利昕，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：