一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法与流程

本发明涉及一种冶金方法，特别是涉及一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法。

背景技术：

疲劳性是指使用中因受各种应力的反复作用而产生疲劳，使制品的物理机械性能逐渐变坏，产生裂口、生热、剥离、破坏等，以致最后丧失使用价值的性能。材料疲劳的破坏过程是由变动应力引起，在薄弱区域组织处逐渐发生变化和损伤累积并导致开裂，由裂纹逐渐扩展导致最终材料断裂。目前改善钢材料疲劳性能的途径主要有：通过磁化提高结构疲劳性能；通过细化钢材晶粒改善低周疲劳性能；通过加入微量镁和锆改善钢材的低周疲劳性能。这些方法能够提高材料抗裂纹产生的能力，延迟材料产生裂纹的萌生期，从而达到提高钢材抗疲劳性能的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法，本发明通过冶金的成分设计，通过向高锰钢中引入b和n元素，同时严格控制nb、ti、al和v的含量，结合制备工艺参数的控制使高锰钢中自发的形成孔洞，其孔洞直径在1-3μm，并且均匀弥散分布，该孔洞的存在可以有效的钝化疲劳裂纹，阻碍裂纹拓展，达到增强高锰钢抗疲劳性的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法，所述方法包括制备自发性多孔化高锰钢的合金成分如下：

b：0.005~0.02%；n：0.02~0.05%；nb：＜0.01%；ti：＜0.001%；al：＜0.02%；v：＜0.02%，钢中c、si、mn、cr、mo元素根据要求可自行调整，余量是fe和杂质，所述杂质为：p≤0.01%；s≤0.001%；cu≤0.02%；

高锰钢的制备采用真空感应炉熔炼浇铸成型，铸件的铸造冷却速率为20~50℃/min；高锰钢成型后加热1305~1355℃，保温一段时间，水冷至室温，以高锰钢最大壁厚尺寸计，每10mm保温时间3-6h。

所述的一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法，高锰钢浇注成型后，铸件的铸造冷却速率为30℃/min。

所述的一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法，以高锰钢最大壁厚尺寸计，高锰钢成型后经过1320℃保温0.5h/mm。

本发明的优点与效果是：

1、本发明通过冶金的成分设计，通过向高锰钢中引入b和n元素，同时严格控制nb、ti、al和v的含量，结合制备工艺参数的控制使高锰钢中自发的形成孔洞，其孔洞直径在1-3μm，并且均匀弥散分布，该孔洞的存在可以有效的钝化疲劳裂纹，阻碍裂纹拓展，达到增强高锰钢抗疲劳性的目的。本发明b和n均为廉价元素，且加入量较少，能够在极小的幅度内提高成本，同时较大幅度提高高猛钢的疲劳性。

2、本发明的核心内容是通过引进n和b元素，在高猛钢的冶金过程中形成直径为1~3μm的孔洞，并且弥散分布在基体中，该方法操作简便，工艺简单，在生产过程中不会引起额外的人力和物力消耗，且能达到较好的增强疲劳性的效果。

附图说明

图1为实施例1中经制备的高锰钢基体中的孔洞分布；

图2为实施例2中经制备的高锰钢基体中的孔洞分布。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法，其中高锰钢的合金成分要求：

b：0.005~0.02%；n：0.02~0.05%；nb：＜0.01%；ti：＜0.001%；al：＜0.02%；v：＜0.02%，钢中c、si、mn、cr、mo等元素根据要求可自行调整，余量是fe和杂质，所述杂质为：p≤0.01%；s≤0.001%；cu≤0.02%。

制备步骤如下：

（1）采用真空感应炉熔炼浇铸成型，铸件的铸造冷却速率为20~50℃/min；

（2）高锰钢成型后加热1305~1355℃，保温一段时间，水冷至室温；

（3）以高锰钢最大壁厚尺寸计，每10mm保温时间3-6h。

优选地，高锰钢浇注成型后，铸件的铸造冷却速率为30℃/min。

优选地，以高锰钢最大壁厚尺寸计，高锰钢成型后加热1320℃保温0.5h/mm。

通常，提高高锰钢抗疲劳性能的主要途径是提高抗裂纹产生的能力，延迟材料内部产生裂纹的萌生期。本发明采用另一种途径，即钝化已形成的疲劳裂纹，阻碍裂纹的拓展，达到提高高猛钢抗疲劳性能的目的。本发明的设计思路是通过向高锰钢中引入b和n元素，严格控制nb、ti、al和v的含量，结合制备工艺参数的控制使高锰钢中自发的形成孔洞，其孔洞直径在1-3μm，并且均匀弥散分布，该孔洞的存在可以有效的钝化疲劳裂纹，阻碍裂纹拓展，达到增强高锰钢抗疲劳性的目的。

在具体实施过程中，本发明通过采用真空感应炉中初炼浇注成型，铸件的铸造冷却速率为20~50℃/min；高锰钢成型后加热1305~1355℃，保温一段时间，水冷至室温；以高锰钢最大壁厚尺寸计，每10mm保温时间3-6h。该高锰钢的的合金成分要求为：

b：0.005~0.02%；n：0.02~0.05%；nb：＜0.01%；ti：＜0.001%；al：＜0.02%；v：＜0.02%，钢中c、si、mn、cr、mo等元素根据要求可自行调整，余量是fe和杂质，所述杂质为：p≤0.01%；s≤0.001%；cu≤0.02%。

下面通过具体实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

本实施例中，一种自发性多孔化增强高锰钢按重量百分比化学组成为：

c：1.2%；si：0.95%；mn：14.1%；cr：0.02%；mo：0.2%；v：0.01%；nb：0.005%；n：0.025%；ti：0.0005%；b：0.006%，余量是fe和杂质，所述杂质为：p≤0.01%；s≤0.001%；cu≤0.02%。

本实施例中，一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法及其制备，步骤如下：

（1）采用真空感应炉熔炼浇铸成型，铸件的铸造冷却速率为25℃/min；

（2）高锰钢成型后加热1315℃，保温一段时间，水冷至室温；

（3）以高锰钢最大壁厚尺寸计，每10mm保温时间3h。

实施例2：

本实施例中，一种自发性多孔化增强高锰钢按重量百分比化学组成为：

c：1.3%；si：0.89%；mn：13.5%；cr：0.05%；mo：0.5%；v：0.005%；nb：0.02%；n：0.048%；ti：0.0002%；b：0.019%，余量是fe和杂质，所述杂质为：p≤0.01%；s≤0.001%；cu≤0.02%。

本实施例中，一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法及其制备，步骤如下：

（1）采用真空感应炉熔炼浇铸成型，铸件的铸造冷却速率为45℃/min；

（2）高锰钢成型后加热1354℃，保温一段时间，水冷至室温；

（3）以高锰钢最大壁厚尺寸计，每10mm保温时间6h。

技术特征：

技术总结
一种自发性多孔化增强高锰钢抗疲劳性的方法，本发明属于热处理技术领域，该方法包括如下步骤：（1）采用真空感应炉熔炼浇铸成型，铸件的铸造冷却速率为20~50℃/min；（2）高锰钢成型后经过1305~1355℃，保温一段时间，水冷至室温；（3）以高锰钢最大壁厚尺寸计，每10mm保温时间1.5~3h。本发明提供的热处理方法，结合成分设计，通过热处理使高锰钢中自发形成大量微小孔洞，阻碍疲劳裂纹扩展，达到多孔化增强高锰钢抗疲劳性的效果。

技术研发人员：马煜林;张瑜;孙彬;苏鑫;王庆顺;刘越;刘春明
受保护的技术使用者：沈阳大学
技术研发日：2018.12.27
技术公布日：2019.03.26