一种具有高强度、高阻尼的高锰钢及其制备方法

本发明属于高锰钢制备，具体涉及一种具有高强度、高阻尼的高锰钢及其制备方法。

背景技术：

1、阻尼合金种类繁多且各具特点，通常根据微观阻尼机制，分为复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、孪晶型阻尼合金、铁磁型阻尼合金和fe-mn基阻尼合金。fe-mn合金由于兼具有较好的力学性能和一定的阻尼性能且具有较高的经济效益，因而在工业中有广泛的应用。由于fe-mn合金其独特的阻尼方式和trip/twip效应，使得无法在高力学性能下得到与强度相匹配的阻尼性能。因此，开发出综合性能强的fe-mn基阻尼合金是当今研究的一个热点。

2、fe-mn合金因兼具良好的力学性能与经济效益而逐渐成为当前钢铁材料的研究热点。当mn含量达到一定的比例时，合金还表现出一定的阻尼能力。而随着mn含量的进一步提高，fe-mn合金表现出强塑性匹配差和阻尼性能降低的趋势。不仅如此，fe-mn合金存在低应变振幅下阻尼性能较差的缺点。大量的研究表明合金化处理如添加合金化元素如cr、ni、al、n、ti等元素可以对合金综合性能尤其是阻尼性能进行调控与优化。此外改变热处理工艺以调节其微观组织与含量也可以改善合金的性能。

3、经检索，公开号为cn114717475b的中国专利文献公开了一种基于层错能设计的含nb高强塑性高锰钢及制备方法，该高锰钢借助细晶强化和nbc析出强化，屈服强度1215mpa，抗拉强度1441mpa，且总延伸率达16％，克服了高锰钢屈服强度普遍较低的缺陷。公开号为cn112281066a的中国专利文献提出，添加微量的v元素，可以提高控轧控冷过程细化晶粒的效率，可将其屈服强度提高至500mpa级别。这代表了目前通过控轧控冷细化奥氏体组织提高屈服强度的最高水平。继续降低晶粒尺寸将导致高锰奥氏体钢的塑性和韧性急剧下降。

4、但是由于fe-mn合金其独特的阻尼方式和trip/twip效应，现有技术仍存在无法在高力学性能下得到与强度相匹配的阻尼性能的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种具有高强度、高阻尼的高锰钢及其制备方法。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种具有高强度、高阻尼的高锰钢，各成分质量百分比含量在如下范围内，mn：17.0％、si：0.3～0.5％、c：0.04～0.06％、v：0.1～0.3％、其余为fe及其它不可避免的杂质元素。

4、进一步地，v的添加能够降低fe-mn合金的层错能。

5、进一步地，v的添加能够提高固溶态ε-马氏体的含量，增加γ/ε相界，生成更多的堆垛层错，提高合金的阻尼性能。

6、进一步地，各成分质量百分比含量在如下范围内，mn：17.0％、si：0.4％、c：0.05％、v：0.1～0.3％、其余为fe及其它不可避免的杂质元素。

7、本发明还提供一种高锰钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8、s1、根据高锰钢的元素配比，同时进行层错能计算，确定配比关系；

9、s2、选择工业纯铁、电解锰、硅和钒原材料，并进行必要的打磨和清洗；

10、s3、采用真空感应炉进行冶炼，同时辅以al、ti脱氧；

11、s4、将冶炼获得的铸锭在1200℃保温2h，进行均匀化处理；

12、s5、锻造开坯成厚度为35mm，宽为80-120mm的矩形方坯，继续轧制成6-8mm厚的板坯并进行空冷；

13、s6、在1000℃下保温1h固溶处理后水冷。

14、进一步地，通过固溶处理使得成分均匀化。

15、进一步地，热处理后的高锰钢具有γ-奥氏体和ε-马氏体，其中ε-马氏体含量在85％以上。

16、进一步地，分别采用万能拉伸机和动态热机械分析仪测量材料的力学及阻尼性能。

17、本发明的有益效果是：

18、1、本发明高阻尼、高强度高锰钢的设计及制备合理，v添加可以降低fe-mn合金的层错能，提高了固溶态ε-马氏体的含量，增加了γ/ε相界，生成了更多的堆垛层错，提高了合金的阻尼性能。添加了0.3v的fe-mn合金阻尼性能最好，在应变振幅为0.1％时对数衰减率最高为0.82。

19、2、本发明添加v可以提高合金的力学性能。随着v含量的增加，fe-mn合金的屈服强度小幅下降，硬度、抗拉强度和断后延伸率提高，0.1v添加的fe-mn合金的抗拉强度和延伸率最高，分别为795mpa和41％。

20、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

技术特征：

1.一种具有高强度、高阻尼的高锰钢，其特征在于，各成分质量百分比含量在如下范围内，mn：17.0％、si：0.3～0.5％、c：0.04～0.06％、v：0.1～0.3％、其余为fe及其它不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，v的添加能够降低fe-mn合金的层错能。

3.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，v的添加能够提高固溶态ε-马氏体的含量，增加γ/ε相界，生成更多的堆垛层错，提高合金的阻尼性能。

4.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，各成分质量百分比含量在如下范围内，mn：17.0％、si：0.4％、c：0.05％、v：0.1～0.3％、其余为fe及其它不可避免的杂质元素。

5.制备如权利要求1-4任一项所述的高锰钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：通过固溶处理使得成分均匀化。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：热处理后的高锰钢具有γ-奥氏体和ε-马氏体，其中ε-马氏体含量在85％以上。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：分别采用万能拉伸机和动态热机械分析仪测量材料的力学及阻尼性能。

技术总结
本发明属于高锰钢制备技术领域，具体涉及一种具有高强度、高阻尼的高锰钢及其制备方法，高锰钢各成分质量百分比为，Mn：17.0％、Si：0.3～0.5％、C：0.04～0.06％、V：0.1～0.3％、其余为Fe及其它不可避免的杂质元素；制备步骤：根据高锰钢的元素配比，选择工业纯铁、电解锰、硅和钒原材料；采用真空感应炉进行冶炼，同时辅以Al、Ti脱氧；将冶炼获得的铸锭在1200℃保温2h，进行均匀化处理；锻造开坯成厚度为35mm，宽为80‑120mm的矩形方坯，继续轧制成6‑8mm厚的板坯并进行空冷；在1000℃下保温1h固溶处理后水冷。本发明通过添加V元素将高锰钢的高阻尼性能与高力学性能实现了非常完美的匹配。

技术研发人员：白凤梅,吴燕,陈超,周星宇,周红伟
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15