本发明涉及高锰钢，具体为一种微合金化高锰钢及其制备方法。
背景技术：
1、高锰钢是一种历史悠久的耐磨材料，在破碎机锤头、球磨机衬板、矿山机械、铁路道岔等工况中大量应用，但高锰钢在磨损初期由于加工硬化不足，导致磨损比较严重，在低冲击载荷下不能完全发挥出优秀的加工硬化能力，从而造成经济损失；如何延长高锰钢的使用寿命，提高经济效益成为现在提高设备生产效率的一个关键因素与重要问题；目前国内外研究者采用添加v、ti和mo等合金元素对传统高锰钢进行合金化，旨在提高高锰钢的初始硬度和耐磨性，但是高含量的合金元素不仅成本高，而且在冶炼过程中比较难控制，因此添加微量合金元素以制备出综合性能优异且成本低的高锰钢成为目前研究的热点。
2、高锰钢的合金化及变质改性处理是目前提高这一传统材料耐磨性的主要手段之一，主要趋势是通过在传统成分的高锰钢中加入cr、mo、v、ti、稀土等合金元素并进行变质处理，从而在其奥氏体基体上获得弥散分布的碳化物颗粒以提高材料耐磨性；发明专利cn101381839b公开了一种高强塑积合金钢及其热处理工艺，其工艺为1100℃保温后水淬，可以获得高强塑积的高锰钢，但是微合金元素的使用效率极低，无法充分发挥微合金化高锰钢中合金元素的作用；传统的高锰钢是以增加锰的含量或加入昂贵的合金元素来改善性能，生产成本很高，生产率低，也不能在高温、高盐雾等恶劣环境下工作。
3、微弧氧化技术适合对耐磨、耐蚀、耐热冲击等性能要求较高部件的表面作强化处理，表面形成的氧化铝陶瓷具有硬度高，耐磨及耐腐蚀等一系列优良性能，氧化铝陶瓷膜应用于钢材上面，利用陶瓷材料的高硬度、高耐磨的性能，可以大大提高钢铁材料的耐磨性能；本发明旨在优化高锰钢合金成分组成，并采用合适的表面处理技术，使得制备的高锰钢具有高硬度、高耐磨和耐腐蚀的特点，适用于各种高温、高盐雾等恶劣环境。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供了一种微合金化高锰钢及其制备方法，提高了高锰钢的耐磨性和耐腐蚀性，拓宽了高锰钢的进一步应用。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种微合金化高锰钢的制备方法包括以下步骤：
4、步骤(1)、将微合金化高锰钢初成品浸泡于丙酮溶剂中，在75-90℃下除油20-30min，接着将混合盐装入石墨坩埚中，加热至140-160℃保温2-4h，接通直流稳压电源，电流密度为1.5-2.5a/dm2，用纯铝片做阳极，微合金化高锰钢初成品做阴极，在85-100℃下助镀3-5min，接着在750-850℃下热浸镀铝10-15min，得到镀铝微合金化高锰钢。
5、步骤(2)、将镀铝微合金化高锰钢置于硫酸溶液中，在90-105℃的水浴中抛光处理1-3min，接着置于乙醇水溶液中，在20-35℃下超声清洗3-5min，烘干后置于微弧氧化电解液中，进行微弧氧化处理，采用双向脉冲交流电，电流密度为15-40a/dm2，正向电压为200-400v，额定功率为1.8-2.2kw，氧化时间为40-60min，占空比为30-50％，得到微合金化高锰钢。
6、优选的，步骤(1)中混合盐为氯化钠、氯化钾和氯化铝按照质量比为8:1:1均匀混合而成。
7、优选的，步骤(2)中微弧氧化电解液为弱碱性电解液，配置方法为碳酸钠、磷酸二氢钠和偏铝酸钠按照质量比为2:3:5溶于1l去离子水中，搅拌均匀后得到的电解液。
8、优选的，步骤(1)中微合金化高锰钢初成品的制备方法为：
9、步骤s1、将碳素钢、锰铁和铬铁按照高锰钢的成分配比加入到中频感应炉中加热熔炼，其中高锰钢的成分配比包括1.15-1.32％的c、12.0-13.8％的mn、0.42-0.56％的si、1.5-2.5％的cr、1.2-1.4％的ni、0.05-0.12％的n，余量为fe，待开始熔化时，加入快速淬透剂，待合金完全熔化后，加入钢液净化剂，静置5-10min，加入复合脱氧剂进行脱氧，然后置于预热的不锈钢模具中浇注成型，成型后得到微合金化高锰钢基体。
10、步骤s2、将微合金化高锰钢基体置于冷水中，进行水韧处理，空冷至室温，得到微合金化高锰钢初成品。
11、优选的，步骤s1中快速淬透剂为三氧化二硼、氧化铜、氧化钼中的任意一种。
12、优选的，步骤s1中钢液净化剂为al-ce合金、mg-ce合金或la-ce合金中的任意一种。
13、优选的，步骤s1中复合脱氧剂为硅钙合金、钡钙合金或铁锰合金中的任意一种。
14、优选的，步骤s1中浇注成型温度为1400-1460℃。
15、优选的，步骤s2中水韧处理温度为1050-1100℃。
16、采取上述技术方案，本发明的有益效果在于：
17、(1)通过优化高锰钢的组分，在保证mn含量为12.0-13.8％的前提下，添加快速淬透剂、复合脱氧剂和钢液净化剂，脱氧剂的使用使得脱氧产物易于从钢液中排除，有效地减少夹杂物，从而明显降低裂纹倾向，添加量小，生产成本较低，冶炼过程较好控制。
18、(2)通过对添加的快速淬透剂的用量和成分进行筛选，最终选择三氧化二硼作为添加成分，硼是一种强淬透性元素，微量硼可吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，在奥氏体冷却过程中抑制了先共析铁素体的形成，延长了奥氏体转变的孕育期，从而提高了钢的淬透性；另一方面硼又是表面活性元素，它吸附在正在长大的固态晶体表面，阻碍了晶体生长时所需要的原子供应，从而降低了晶体长大率，增加了材料的冲击韧性和硬度。
19、(3)通过对添加的钢液净化剂的用量和成分进行筛选，最终选择la-ce合金作为添加成分，la、ce稀土元素有未充满4f电子层结构，具有良好的化学活性，与钢液中的o、s反应生成稀土氧化物或稀土硫氧化物，有效改善钢液中的氧化物和硫化物夹杂，提高钢液净化度，进而在钢液凝固前析出细小且弥散分布的高熔点化合物，降低表面腐蚀的发生概率，改善高锰钢和耐腐蚀性能；此外稀土元素的半径较大，难以在晶粒内扩散，晶界处偏聚的稀土原子还能对晶界起到钉扎作用，使位错的自由活动区域较小，增加了高锰钢的磨损抵抗力。
20、(4)采用水韧处理、热浸镀铝和微弧氧化表面处理工艺，将水韧处理后的钢材浸入熔融的镀层金属中再取出冷却，使其表面形成致密的金属镀层，再经微弧氧化工艺，原位生长出金属氧化物陶瓷膜，孔隙细小、结构致密，可弥补高锰钢材料易锈蚀、不耐磨等缺陷，适用于各种高温、高盐雾等恶劣环境，拓宽了高锰钢的应用领域。
1.一种微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合盐为氯化钠、氯化钾和氯化铝按照质量比为8:1:1均匀混合而成。
3.根据权利要求1所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中微弧氧化电解液为弱碱性电解液，配置方法为碳酸钠、磷酸二氢钠和偏铝酸钠按照质量比为2:3:5溶于1l去离子水中，搅拌均匀后得到的电解液。
4.根据权利要求1所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中微合金化高锰钢初成品的制备方法为：
5.根据权利要求4所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中快速淬透剂为三氧化二硼、氧化铜、氧化钼中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中钢液净化剂为al-ce合金、mg-ce合金或la-ce合金中的任意一种。
7.根据权利要求4所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中复合脱氧剂为硅钙合金、钡钙合金或铁锰合金中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中浇注成型温度为1400-1460℃。
9.根据权利要求4所述的微合金化高锰钢的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中水韧处理温度为1050-1100℃。
