Fe- Mn- Al- C 系低密度钢开发中数值模拟的应用

特殊钢 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 22-28.

Fe- Mn- Al- C 系低密度钢开发中数值模拟的应用

王英虎^1，2

1 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，成都 610000 ;
2 海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，鞍山 114009

收稿日期:2021-06-05 出版日期:2022-01-25 发布日期:2023-01-09
作者简介:王英虎(1992-)，男，硕士 ( 2018 年河北工业大学)，副研究员，2015 年唐山学院(本科)毕业，金属材料和加工技术研究。

Application of Numerical Simulation during Development of Fe-Mn-Al-C Low Density Steel

Wang Yinghu^1,2

1 Chengdu Advanced Metal Material Industrial Technolgy Research Insititute Co Ltd, Chengdu 610000;
2 State Key Laboratory of Metal Material for Marine Equipment and Application, Anshan 114009

Received:2021-06-05 Published:2022-01-25 Online:2023-01-09

摘要/Abstract

摘要： 借助FactSage与JMatPro数值模拟软件对Fe-(5～15) Mn-(6～12) Al-(0.5～1.0) C系低密度钢的密度、凝固及冷却路径、相变及析出相进行了研究。利用FactSage软件中的FSstel数据库对该体系的垂直截面相图进行计算,分析了Mn、Al及C元素对凝固及冷却过程中相变及析出相的影响,并得到了Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢的平衡凝固相变路径图。结果表明,Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢由1 600℃平衡冷却至600℃的过程中完整的平衡相变路径为:液相→液相+铁素体→液相+铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体→奥氏体→奥氏体+κ-碳化物→铁素体+奥氏体+κ-碳化物。C和Mn含量提高可扩大奥氏体相区,具有稳定奥氏体的作用。Al含量增加缩小奥氏体相区,具有稳定铁素体的作用。κ-碳化物的析出温度随着Al与C含量的增加而升高,Al与C均可促进κ-碳化物析出。JMatPro计算Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢的密度为7.05 g/cm³,试验测得钢的密度为7.00 g/cm³。

关键词: Fe-Mn-Al-C 低密度钢, κ-碳化物, 析出行为, 相变, 凝固模式, 相图计算

Abstract: The density, solidification and cooling path, phase transformation and precipitates phase of Fe-( 5 ~ 15 ) Mn-( 6 ~ 12)Al-( 0. 5 ~ 1. 0 )C low density steel are studied by FactSage and JMatPro numerical simulation software. The vertical sections of phase diagram of this system is calculated by using the FSstel database of FactSage software. Based on these vertical sections, the influence of Mn, Al and C is analyzed in the phase transformations and precipitates phase during solidification and cooling to get a diagram of the equilibrium phase-transformation path of Fe-12Mn-8. 5A1-0. 8C low density steel. The results indicate that the full-phase transformation path of Fe-12Mn-8. 5Al-0. 8C low density steel during the cooling process from 1 600 °C to 600 °C is Liquid → Liquid + Ferrite → Liquid + Ferrite + Austenite → Ferrite + Austenite → Austenite → Austenite + κ-carbide Ferrite + Austenite + κ-carbide. With the increase of C and Mn contents ， the austenite phase zone can be enlarged and the austenite can be stabilized. With the increase of Al contents, the austenite phase zone can be reduced and the ferrite can be stabilized. The precipitation temperature of K-carbide increases with the increase of Al and C content, and Al and C can promote the precipitation of carbides K-carbide precipitation. The density of Fe-12Mn- 8. 5Al-0e 8C low density steel calculated by JMatPro is 7. 05 g/cm³ , and the density of steel measured by experiment is 7. 00 g/cm³.

王英虎. Fe- Mn- Al- C 系低密度钢开发中数值模拟的应用[J]. 特殊钢, 2022, 43(1): 22-28.

Wang Yinghu. Application of Numerical Simulation during Development of Fe-Mn-Al-C Low Density Steel[J]. Special Steel, 2022, 43(1): 22-28.

参考文献

［1］康永林．汽车轻量化先进高强钢与节能减排［J］．钢铁， 2008， 43 ( 6) : 1-7．
［2］唐荻，米振莉，陈雨来，国外新型汽车用钢的技术要求及研究开发现状［J］．钢铁，2005，40 ( 6) : 1-5．
［3］马鸣图，吴宝榕．双相钢物理和力学冶金［M］．北京 : 化学工业出版社，2008．
［4］张磊峰，宋仁伯，赵超，等．新型汽车用钢-低密度高强韧钢的研究发展［J］．材料导报，2014，28 ( 10) : 111-129．
［5］ Sohn S S， Lee S and Lee B J， et al． Microstructural Developments And Tensile Properties of Lean Fe-Mn-Al-C Light weight Steels［J］．The Journal of The Minerals， Metals ＆ Materials Society，2014，66 ( 9)， 1857-1867．
［6］刘少尊，厉勇，王春旭，等．固溶处理对 Fe-Mn-Al-C 系低密度钢组织与性能的影响［J］．金属热处理， 2015， 40 ( 9 ) : 120- 124．
［7］郎宇平，陈海涛，翁宇庆，等．热力学计算在高氮奥氏体不锈钢研究中的应用［J］．材料工程，2013，1 ( 5) : 16-22．
［8］ Bale C W， Belisle E and Chartrand P，et al． FactSage Thermochemical Software and Databases［J］． Calphad，2002，26 ( 2) : 189-220．
［9］邓振强，刘建华，何杨，等． FeCrAl 不锈钢的平衡凝固相变与析出行为［J］．工程科学学报，2017， 39 ( 5) : 71-81．
［10］Sato K， Tagawa K and Inoue Y． Age Hardening of an Fe-30Mn- 9Al-0.9C Alloy by Spinodal Decomposition［J］． Scripta Metallurgica， 1988，22 ( 6) : 899-902．
［11］ Storchak N A and Drachinskaya A G． Strengthening Nature of Fe- Mn-Al-C Alloys during Aging［J］． Fizika Metallov Metallovedenie， 1997，44 : 373-380．
［12］ Min C H， Koo J M and Lee J K， et al． Tensile Deformation of a Low Density Fe-27Mn-12Al-0.8C Duplex Steel in Association with Ordered Phases at Ambient Temperature ［J］． Materials Science and Engineering A，2013，586 ( 6) : 276-283．
［13］ Umino Ｒ， Liu X J and Sutou Y． Experimental Determination and Thermodynamic Calculation of Phase Equilibria in the Fe-Mn-Al System［J］． Journal of Phase Equilibria and Diffusion，2006，27 : 56-62．
［14］ Chu C M， Huang H and Kao P W， et al． Effect of Alloying Chemistry on the Lattice Constant of Austenitic Fe-Mn-Al-C Alloys［J］． Scripta Metallurgica Et Materialia， 1994， 30 (4) : 505-508．
［15］ Frommeyer G， Drewes E J and Engl B． Physical and Mechanical Properties of Iron-Aluminium-( Mn，Si ) Light weight Steels［J］．Ｒevue De Métallurgie - International Journal of Metallurgy， 2002， 97 ( 10) : 1245-1253．
［16］ Lehnhoff G Ｒ， Findley K O and Cooman B． The Influence of Silicon and Aluminum Alloying on the Lattice Parameter and Stacking Fault Energy of Austenitic Steel ［J］． Scripta Materialia， 2014，92 : 19-22．

[1]	苏蒙蒙, 陈炜, 唐佳丽, 钟亮美, 徐翔宇, 付建勋. 40Cr13塑料模具钢连续冷却相变行为[J]. 特殊钢, 2024, 45(5): 113-118.
[2]	朱帅, 李阳, 王广顺, 马春雨, 陈猛, 曹长法. 锅炉扁钢用免退火12Cr1MoV盘条控轧控冷工艺优化[J]. 特殊钢, 2024, 45(1): 94-97.
[3]	吴晓涵, 宋志刚, 何建国, 丰涵, 郑文杰, 朱玉亮. N含量对S32750双相不锈钢中二次奥氏体析出行为的影响[J]. 特殊钢, 2024, 45(1): 18-22.
[4]	杨婷, 段路昭, 刘需, 白丽娟, 张云飞, 孙力. 20CrMnTiH连续冷却相变预测模型[J]. 特殊钢, 2024, 45(1): 82-86.
[5]	苏学虎. 铸造镍基合金CW12MW与CW6MC平衡凝固及析出热力学模拟[J]. 特殊钢, 2023, 44(6): 31-38.
[6]	苏学虎. 铸造双相不锈钢CD3MWCuN凝固与析出热力学模拟[J]. 特殊钢, 2023, 44(4): 28-34.
[7]	吴海林, 陈小龙, 钱学海, 曾垚, 陈盛淋. 节镍型奥氏体不锈钢14.0Cr-1.1Ni-9.2Mn-0.30Cu组织及性能[J]. 特殊钢, 2023, 44(1): 72-77.
[8]	庞佳琛, 王国栋, 易红亮. 1.25C-1.5Cr-5Al轴承钢中合金元素扩散对κ碳化物不均匀形核的影响[J]. 特殊钢, 2022, 43(6): 21-27.
[9]	左锦中, 何西, 赵阳, 周苑, 陈廷军. 热变形工艺对100Cr6轴承钢线材网状碳化物的影响[J]. 特殊钢, 2022, 43(6): 60-65.
[10]	万菲, 刘晓卫, 朱敏, 闻臻. 膨胀及原位观测法研究低碳贝氏体钢轨U25CrNi连续冷却相变[J]. 特殊钢, 2022, 43(3): 79-84.
[11]	张念, 陈章明, 赵红强, 郑文超, 罗时杰, 凌鑫, 赵晓丽. 38MnSiVS5 非调质钢的 CCT 曲线测定与分析[J]. 特殊钢, 2022, 43(1): 82-85.
[12]	王洋, 王欢, 张朝磊, 王浩, 张旭, 苗红生. 谐波减速器柔轮用特殊钢RL40的组织特性[J]. 特殊钢, 2021, 42(3): 76-78.
[13]	陈继林, 冯光宏, 杨栋, 薛正国, 马洪磊, 张宏亮, 王宝山, 马健. 形变量和冷却速度对SCM435冷镦钢形变诱导铁素体相变的影响[J]. 特殊钢, 2021, 42(3): 12-15.
[14]	陈鑫, 徐光, 姚耔杉, 王俊, 魏智睿. NM400马氏体耐磨钢静态CCT曲线[J]. 特殊钢, 2021, 42(3): 63-66.
[15]	徐钦华, 彭科, 朱建新, 程朝阳, 严磊, 顾强, 刘静. 道次减面率配置对304H不锈钢丝拉拔过程中马氏体相变的影响[J]. 特殊钢, 2020, 41(2): 57-61.