CN107338401A - 一种含Nb复合型低合金阻尼钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含Nb复合型低合金阻尼钢及其制备方法，属于金属材料材料领域。其化学成分的重量百分比为：≤0.15％的碳，≤0.2％的硅，0.5～2.0％的锰，0.2～0.6％的硫，0.01～0.06％的铌，Mn/S比大于3.50，但不超过4.50，余为铁和不可避免的微量的化学元素。优点在于，相比于高阻尼合金，具有较少合金元素，大大降低了成本，加入的硫元素，使其具有易切削的性能，便于加工应用，形成的弥散分布的硫化锰和渗碳体大尺度的第二相，以及细小弥散分布的小尺度的碳化铌，通过各类点缺陷、线缺陷、面缺陷的运动变化以及它们之间的相互作用，来提高材料的阻尼性能，达到很好的减振降噪效果。由于产品的优良机械性能和阻尼性能，以及产品成本的低廉，且十分容易实现工业化生产，具有广阔的应用前景。

Description

一种含Nb复合型低合金阻尼钢及其制备方法

技术领域:

本发明属于金属材料领域，涉及提出一种低合金阻尼钢的成分，利用加入的合金元素，控制Mn/S比在3.50～4.50之间，形成5～10％的MnS第二相，并形成细小弥散的碳化物NbC，通过多种阻尼机制复合，形成一种以复相型为主的复合型阻尼合金。

背景技术：

减少系统带来的噪声，即降低材料机械接触时产生的振动，通常降低材料或结构振动的常用方法有三种：一是增加质量提高刚性，将结构件设计得足够庞大和坚固，以降低振动振幅，此法效果显著但不适于小型化、轻量化和高速化；二是避免共振，巧妙设计结构件，以使它避开共振条件，它适于振动源是单一振动频率的场合；三是使振动衰减的方法，利用减振材料(高阻尼材料)，并采取柔性设计，即振动通过弹性能转化为热能而消失，此方法也是用于材料设计方面的方法，阻尼合金即采用此方法进行设计。

根据阻尼机制的不同，阻尼合金可分为四大类：即复相型阻尼合金、位错型阻尼合金、孪晶型阻尼合金和铁磁性阻尼合金。还有些合金是同时通过上述四种机制中的两种或两种以上的机制消耗振动能，通常我们把这类合金叫做复合型阻尼合金。

目前研究的阻尼合金都属于高合金含量，不论是冶炼还是后期的加工，都属于较高成本和高加工难度，在应用上存在一定的局限，但现在实际上有越来越多的应用需求，不论是机器设备还是轨道交通上都有着复杂形态且具有减振性能的材料需求，因此在保证减振效果的前提下，开发机械性能优良，且冶炼加工成本低廉，易于进行切削加工的阻尼材料是未来的研究热点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有良好阻尼性能、易于进行加工、成本低廉的复合型低合金阻尼钢。

本发明的技术方案是：

本发明提供了一种含Nb复合型低合金阻尼钢，在低锰合金中添加一定量S元素及少量Nb元素。

本发明含Nb复合型低合金阻尼钢，Nb的加入量控制在0.01～0.06％，Mn的含量在0.5～2.0％，S的含量在0.2～0.6％，Si的含量在0.2％以下，并且保证Mn/S比在3.50～4.50之间，Fe余量。

所述含Nb复合型低合金阻尼钢的制备方法，根据合金成分配比，加入适量的合金元素，溶解氧含量按0.005～0.007％控制，并使钢中Mn与S元素形成颗粒状硫化锰夹杂物，采用真空感应炉熔炼，经过连铸后采用适当的热轧工艺改善合金性能，使MnS的含量控制在5％-10％，并细化弥散析出的NbC，提高强度及加工性能，增强阻尼性能。

所述含Nb复合型低合金阻尼钢的热轧工艺，连铸坯在1200～1250℃下保温4小时以上，开轧温度控制在1100～1150℃，精轧温度控制在930～950℃，线材热轧时吐丝温度控制在900℃，水冷到630～680℃后空冷至室温。

本发明是以复相型为主的复合型阻尼合金，材料组织主要是以铁素体为主，在晶界处有较大尺寸的MnS及渗碳体，形成区别基体铁素体组织的第二相，晶粒内存在较小尺寸MnS，由于与基体组织不同，较于单相组织，存在更多的相界面及晶界面，在外力作用下发生弹性或塑性变形时，相界面及晶界面会成为吸收能量主要区域，更多的相界面及晶界面能吸收大量的振动产生的能量，并且由于两相组织的不同，极易在界面处形成点缺陷及线缺陷，这些缺陷之间的相互作用，能消耗大量的振动能量，这些作用造成材料内耗的增加。

本发明中添加了合金元素Nb，形成弥散分布的NbC析出物，细化晶粒，并且碳化物尺度较小，增强了材料的位错内耗。位错内耗是由外应力作用下的位错运动所致，有两种类型：1)与振幅无关的共振型内耗，由于杂质原子在位错线上钉扎造成了位错线振动成为内耗源。位错不脱钉；2)与振幅有关的静滞后型内耗；位错已经脱钉，但仍为位错网络所固结。NbC的细小弥散分布有利于材料的内耗增加，加强本发明的阻尼性能。

附图说明：

图1为本发明实施例1经过硝酸酒精侵蚀后光学显微镜观察的金相图

图2为本发明实施例1经过硝酸酒精侵蚀后电子显微镜观察的SEM图像

图3为本发明实施例1加入合金元素Nb后经过透射电子显微镜观察的TEM图像

具体实施方法：

以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明，实施例仅用于解释的目的，本发明保护范围不限于本实施例，实施例的具体化学成分如下表1所示。

表1实施例与对比例化学成分表(wt％)

将上述实施例1的含Nb复合型低合金阻尼钢和对比例的不含Nb复合型低合金阻尼钢加工为M12×Φ5mm的拉伸试样、1×10×55mm的内耗测试试样，测试结果如下表2所示。

表2实施例与对比例力学性能和内耗

对比实施例1、2和对比例，在满足Mn/S比大于3.50但不大于4.50的基础上，且除Nb以外其他合金元素含量相当，实施例对比于对比例多加入了Nb元素，没有加入Nb元素的对比例抗拉强度达到580N/mm²，具有良好的伸长率，内耗达到3.10×10^-4，相对于一般低合金钢具有较好的阻尼性能，实施例中加入适量Nb元素后，形成弥散析出的NbC，测试结果表明，较没有加入Nb元素的对比例，内耗分别达到7.42×10^-4和7.97×10^-4，具有更加优良的阻尼性能。

上述发明实例结果表明，钢中加入适量的Mn、Si、S等元素，并确保Mn/S比大于3.50且小于4.50，有效的增加了晶界面积，在铁素体基体、MnS、渗碳体之间存在更多的相界面及晶界面，铁素体相相对塑性好强度低，MnS和渗碳体相对塑性差强度高，在外力作用下发生弹性或塑性变形时，相界面及晶界面会成为吸收能量主要区域，更多的相界面及晶界面能吸收大量的振动产生的能量，并且由于两相组织的不同，极易在界面处形成点缺陷及线缺陷，这些缺陷之间的相互作用，能消耗大量的振动能量，这些作用造成材料内耗的增加。再加入适量Nb元素后，使晶粒细化，进而增加了更多的相界面及晶界面，通过上述原理解释，增加了内耗，并且形成细小弥散的NbC，增加了对位错等的钉扎，增加了外力作用下位错运动消耗的能量，在往复运动中，机械能易于损耗在这些细小弥散的碳化物附近，增加了材料整体的阻尼性能。

此发明有着良好的机械性能，材料相组成及细小弥散的碳化物促使本发明阻尼钢拥有优良的阻尼性能，并且易于加工且制造生产成本低，可作为应用范围广泛的降噪阻尼材料使用。

Claims (4)

1.一种含Nb复合型低合金阻尼钢，其特征在于，化学成分的重量百分比要求为：C≤0.15％，Si≤0.2％，Mn:0.5～2.0％，S:0.2～0.6％，Nb:0.01～0.06％，余量：Fe。

2.根据权利要求1所述的含Nb复合型低合金阻尼钢，控制Mn/S比大于3.50，但不超过4.50，使其组织特征为，铁素体基体和第二相MnS，MnS比例在5％-10％之间。

3.根据权利要求1或2所述的含Nb复合型低合金阻尼钢的制备方法，其特征在于根据合金成分配比，加入适量的合金元素，溶解氧含量按0.005～0.007％控制，并使钢中Mn与S元素形成颗粒状硫化锰夹杂物，采用真空感应炉熔炼，经过连铸后采用适当的热轧工艺改善合金性能，使MnS的含量控制在5％-10％，并细化弥散析出的NbC，提高强度及加工性能，增强阻尼性能。

4.根据权利要求3所述的含Nb复合型低合金阻尼钢的制备方法，其特征在于含Nb复合型低合金阻尼钢的热轧工艺为：连铸坯在1200～1250℃下保温4小时以上，开轧温度控制在1100～1150℃，精轧温度控制在930～950℃，线材热轧时吐丝温度控制在900℃，水冷到630～680℃后空冷至室温。