[发明专利]一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法

权利要求书

1.一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制定典型化学成分

以奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢所限定的化学成分范围为基础，制定出相应Al含量对应不同含量的Mn、C合金钢典型化学成分；

S2：热力学及相图计算

基于一种正规/亚正规溶液热力学模型计算出典型化学成分合金钢的层错能SFE，同时通过热力学计算软件以及相图计算方法计算出典型化学成分的合金中各相析出量与温度的关系，其中，所述正规/亚正规溶液热力学模型为Olson-Cohen热力学模型；所述热力学计算软件为Thermo-calc，热力学数据库为TCFE9；

S3：绘制析出温度与计算SFE对应关系图

经过热力学计算软件Thermo-calc计算后，得到合金Al元素变化的平衡相图、合金不同温度下各相含量性质图，并根据各相含量性质图绘制出析出相析出温度与计算出的层错能SFE的对应关系图；所述析出相为((Fe,Mn)₃AlC_X)型κ-C碳化物相；

S4：优化合金的化学成分

选择所需理想的SFE值、相含量及碳化物类型，通过调整优化Mn、C在合金中的含量，确定出调整后的合金元素成分的取值范围，最终得到优化后合金的化学成分；

S5：化学成分及实验检测

对优化后合金钢按设计的化学成分进行熔炼、热锻和冷轧，并对其化学成分检测，同时通过实验检测其力学性能与计算层错能SFE是否相符合。

2.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，所述S1步骤中，用于初始计算的奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢中元素成分的取值范围为：Mn：20-30wt％，Al：5-12wt％，C：0.5-1.5wt％，余量为Fe。

3.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，在室温下所述合金钢组织主要为面心立方结构的奥氏体γ相及体心立方结构的α相，基体中会分布有不同尺寸的κ-C或M₂₃C₆碳化物、α-Mn或β-Mn。

4.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，在所述合金钢典型化学成分中Al元素为α相稳定元素。

5.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，在所述合金钢典型化学成分中Mn元素为奥氏体γ相稳定元素。

6.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，在所述合金钢典型化学成分中C元素为强碳化物形成元素，用于促进单相奥氏体γ相的形成。

7.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，所述合金钢中Al元素在室温下的Fe-Mn-Al-C钢中饱和固溶度为9％。

8.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，所述S3步骤中，SFE值决定奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的变形机制，SFE低于20mJ/m²时发生相变诱导塑性TRIP效应，SFE在20～40mJ/m²时发生孪晶诱导塑性TEIP效应，SFE在40～60mJ/m²时发生剪切带诱导塑性SIP，SFE大于60mJ/m²时发生微带诱导塑性MBIP或动态滑移带细化DSBP效应。

9.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，所述S4步骤中，调整优化Mn、C在合金中的含量，当Al含量一定时，μ＝Mn/C比值与κ-C碳化物生成的含量相关。

10.如权利要求1所述的一种奥氏体Fe-Mn-Al-C轻质合金钢的成分优化设计方法，其特征在于，所述S4步骤中调整优化Mn、C在合金中的含量，当Al含量固定时，μ＝Mn/C与κ-C碳化物生成的含量相关。