[发明专利]一种超高强度无磁高锰钢筒形件的制备方法

说明书

本发明公开了一种超高强度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.进行多道次强力旋压，获得超高强度无磁高锰筒形件；S4.对筒型件进行退火处理。本发明通过成分设计和变形温度协同调控高锰钢的加工硬化能力，解决了强力旋压变形不均匀导致的开裂问题；采用纳米孪晶和纳米沉淀相协同强化，解决了较高温度下高锰奥氏体钢强化能力弱的问题，解决了纳米孪晶热稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种超高强度无磁高锰钢筒形件的制备方法。

背景技术

高锰奥氏体钢因其超高的塑性韧性、优异的超低温性能、无磁性和相对低廉的成本而被广泛应用于汽车、LNG(液化天然气)运输等领域。然而，高锰无磁钢长久以来的弊病是其强度较低，如公开号CN110541121A公开了一种高锰无磁钢，其主要成分按质量百分比为Mn：17.5～19.5％、V：0.4～0.9％、Al：1～1.5％，余量的Fe，可获得的最高强度仅为1120MPa，相对磁导率为1.008。较低的强度严重限制了高锰无磁钢在高应力要求环境中的应用。常见的高强钢却不具备无磁性能，比如铁素体钢、马氏体钢，即使马氏体时效钢的抗拉强度可超过2GPa，如公开号CN114717487A提供了一种2700MPa级马氏体时效不锈的制备方法，但其具有强铁磁性，不能满足超高强无磁的要求。因此，现存主要矛盾之一是无磁钢的强度较低，而高强钢不具备无磁性能。如何在无磁钢中获得超高强度，无论在理论还是技术上都具有重大挑战。

虽然目前已经公开了改善高锰无磁钢强度的技术方法，如公开号CN112030077A，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，成功制备出抗拉强度高达1289～1452MPa的高锰奥氏体钢板材；以及公开号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，制备的高锰无磁钢抗拉强度达到2GPa。但目前公开的高强度无磁钢的制备方法，依赖于室温下的大变形量冷轧或冷锻处理，这对于生产制备高强度无磁高锰钢来说是极为困难的。因为高锰奥氏体钢加工硬化能力极强，变形抗力大，上述两者所公开的制备方法，仅限于冷变形处理板材，所制备出的板材厚度通常小于3mm。这意味着现有公开技术所提供的高强无磁钢制备方法适用范围非常有限，并且无法用于制备高强度筒形件。因此，第二个亟需解决的问题是高强度无磁钢筒形件的制备方法。

筒形件的制备方法可以使用强力旋压成型技术。目前公开的强力旋压制备无磁回转工件主要有钛合金、镁合金、铝合金等。如公开号CN112427893A，提出了一种大口径薄壁无缝钛合金筒体的制造方法，公开号CN107855394A公开了一种镁合金薄壁筒形件的交叉旋压强化方法，以及公开号CN111266476A提供了一种铸态铝合金筒形件成形方法。虽然强力旋压在有色金属中的应用较为广泛，但存在的问题是有色金属的强度较低，相应的制备工艺不能应用于强度较高的无磁高锰钢中。

强力旋压成型技术在无磁高锰钢中尚未公开相关技术应用。因为强力旋压相对与冷轧或冷锻处理的变形方式更为复杂，其在壁厚减薄方向上的变形不均匀，容易导致过大的残余应力，从而导致了强力旋压成型过程中筒坯容易开裂。而无磁高锰钢的加工硬化能力又远远强于钛合金、镁合金等，这使得强力旋压成型问题更加突出。即便钛合金、镁合金等的旋压成型能力要优于无磁高锰钢，但现有公开的技术中，已经涉及关于降低钛合金等材料在强力旋压中残余应力的方法，如公开号CN112921259A提供了一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法，以及公开号CN114406077A提供的一种用于降低强力旋压过程中直筒件变形残余应力的方法。因此，强力旋压制备高强无磁高锰钢的成型能力并抑制强力旋压过程中开裂是需要解决的另一个问题。

发明内容