【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料，更具体的涉及一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法。
技术介绍
1、近年来，降低汽车的能耗是一个关键性问题，从汽车自身出发降低车身重量，使汽车轻量化是非常重要的节能减排举措之一。因此，汽车轻量化材料的开发获得了大量的研究关注，不仅能够在保护环境、节约资源上具有很好的环保价值，而且也能带来很大的经济效益。先进高强钢(ahss)因在强度和延伸率之间具有良好的匹配，深受汽车行业的研究人员青睐，用以提高燃油效率，能在保证安全性的前提下降低二氧化碳的排放。通过在钢中添加铝、硅、镁等轻质元素获得的第三代ahss轻质钢不仅具有低密度，还能同时拥有高强钢良好的强度和延展性。其中，fe-mn-al-c系轻质钢密度为6.2～7.0g/cm3，强塑积30～60gpa％，是目前认为最具有潜力的汽车轻量化材料。
2、由于al元素是降低fe-mn-al-c轻质钢密度最主要的元素，al元素大量的添加会影响到奥氏体γ相的稳定性，但合金表现出的高延性、高强度和高的应变硬化率主要依赖于奥氏体γ相的稳定性。因此，通过配制相应al含量下更优的mn、c合金配方尤为重要。
3、目前在未经过形变加工(如锻造、轧制等)的条件下，现有fe-mn-al-c钢的为了使密度更低(<6.7g/cm3)，强度更高(>1000mpa)通常会令mn含量>20％，al含量>7％，c含量>0.6％,但此时会导致另外一个问题即延伸率大幅下降(<5％)导致难以加工。
技术实现思
1、针对以上问题，本专利技术提供了一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，通过本专利技术的设计方法，制备得到的合金钢具有较低的密度、较高的强度，同时还具有较好的延伸率。
2、本专利技术的目的是提供一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，包括以下步骤：
3、以奥氏体基fe-mn-al-c轻质高强钢所限定的化学成分范围为基础，制定出合金钢化学成分；
4、经过热力学计算软件jmatpro计算后，得到不同合金不同温度下各相含量性质图；
5、基于不同合金不同温度下各相含量性质图，调整优化微合金元素在合金中的含量，确定出调整后的合金元素成分的取值范围，得到优化后合金的化学成分；
6、按照优化后合金的化学成分称取原料进行熔炼、加工成形得到高mn、高al含量轻质高强钢。
7、在本专利技术的一个实施例中，奥氏体基fe-mn-al-c轻质高强钢所限定的化学成分范围为mn：20-30wt.％，al：5-12wt.％，c：0.5-1.5wt.％，余量为fe。
8、在本专利技术的一个实施例中，通过奥氏体基fe-mn-al-c轻质高强钢的强度和延伸率制定出合金钢化学成分。
9、在本专利技术的一个实施例中，合金钢化学成分范围为mn：24-30wt.％，al：10-12wt.％，c：0.9-2.0wt.％，ti：0-0.4wt.％，余量为fe；其中，al为α相稳定元素，mn为奥氏体γ相稳定元素，c为强碳化物形成元素。
10、在本专利技术的一个实施例中，通过限定合金钢的密度调整优化微合金元素在合金中的含量。
11、在本专利技术的一个实施例中，微合金元素为ti。
12、在本专利技术的一个实施例中，优化后合金的化学成分为mn：30wt.％，al：10wt.％，c：0.9wt.％，ti：0.2wt.％，余量为fe。
13、在本专利技术的一个实施例中，熔炼步骤采用真空熔炼气雾化制粉法，熔炼温度为1550℃，雾化压力为3.0mpa。
14、在本专利技术的一个实施例中，加工成形步骤采用激光立体成形法，激光功率1700w，扫描速度450mm/min。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
16、(1)本专利技术基于合金强化原理，对奥氏体fe-mn-al-c轻质合金钢的成分进行选择，可预测材料的变形机制，得到所需合金化学成分范围；
17、(2)本专利技术通过jmatpro，进行奥氏体fe-mn-al-c轻质合金钢的平衡相析出规律进行计算模拟，得到的性质图可为合金的设计及生产提供理论依据；
18、(3)本专利技术提供的方法可有效实现κ-c碳化物对奥氏体轻质钢的强化作用，通过对合金钢按设计的化学成分进行熔炼、热锻和冷轧后，其力学性能随al元素增加而提高，符合设计要求，减少了繁琐耗时的实验流程；
19、(4)本专利技术在进行成分设计时，添加了ti元素，ti元素的添加可以改善塑性、提高钢的强度，并改善钢的冷成形性能和焊接性能。按照本专利技术设计的成分制备的合金钢中奥氏体和铁素体的比例为7:3使得合金钢具有较好的强度和塑性。
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1.一种高Mn、高Al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高Mn、高Al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，奥氏体基Fe-Mn-Al-C轻质高强钢所限定的化学成分范围为Mn：20-30wt.％，Al：5-12wt.％，C：0.5-1.5wt.％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种高Mn、高Al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，通过奥氏体基Fe-Mn-Al-C轻质高强钢的强度和延伸率制定出合金钢化学成分。
4.根据权利要求3所述的一种高Mn、高Al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，合金钢化学成分范围为Mn：24-30wt.％，Al：10-12wt.％，C：0.9-2.0wt.％，Ti：0-0.4wt.％，余量为Fe；其中，Al为α相稳定元素，Mn为奥氏体γ相稳定元素，C为强碳化物形成元素。
5.根据权利要求1所述的一种高Mn、高Al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，通过限定合金钢的密度调整优化微合金元素在合金中的含量。
<...【技术特征摘要】
1.一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，奥氏体基fe-mn-al-c轻质高强钢所限定的化学成分范围为mn：20-30wt.％，al：5-12wt.％，c：0.5-1.5wt.％，余量为fe。
3.根据权利要求1所述的一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，通过奥氏体基fe-mn-al-c轻质高强钢的强度和延伸率制定出合金钢化学成分。
4.根据权利要求3所述的一种高mn、高al含量轻质高强钢的成分优化设计方法，其特征在于，合金钢化学成分范围为mn：24-30wt.％，al：10-12wt.％，c：0.9-2.0wt.％，ti：0-0.4wt.％，余量为fe；其中，al为α相稳定元素，mn为奥氏体γ相稳定元素，c为强碳化物形成元素。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，田丰硕，刘世锋，魏瑛康，王建勇，张亮亮，贾文鹏，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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