中锰钢奥氏体逆转变动力学预测新模型：通过扩散模拟与实验数据关联实现精准调控

为解决商用扩散模拟软件因使用铁素体相数据库导致中锰钢奥氏体逆转变动力学预测精度不足的问题，Min Seok Kim团队开发了整合位错管道扩散机制和温度依赖性锰扩散增强参数（DEP）的预测模型。该模型在600℃以上温度区间与膨胀仪数据高度吻合，显著降低了实验成本，为优化中锰钢逆转变工艺提供了实用指南。

　　

在汽车轻量化和结构安全需求日益迫切的背景下，兼具高强度与高塑性的中锰钢（3-12 wt% Mn）因其独特的超细铁素体-亚稳奥氏体微观结构和相变诱导塑性（TRIP）效应成为研究热点。然而，传统奥氏体逆转变处理（ART）的工艺优化严重依赖耗时费力的实验试错，而商用扩散模拟软件（如DICTRA）因缺乏马氏体相动力学数据库，只能近似采用铁素体扩散系数，导致预测结果与实际情况存在显著偏差。这一矛盾的核心在于马氏体高位错密度会通过位错管道扩散（pipe diffusion）显著加速元素迁移，但现有模型无法量化这一效应。

针对这一瓶颈，首尔国立大学的Min Seok Kim、Eun Soo Park团队与德国马普所的Dirk Ponge合作，创新性地提出扩散增强参数（DEP）概念，通过关联膨胀仪实验数据与DICTRA模拟，建立了温度依赖性的马氏体/铁素体扩散系数比模型。研究以Fe-6Mn wt.%钢为对象，采用1373K均质化淬火获得全马氏体初始组织，通过电子背散射衍射（EBSD）和电子通道衬度成像（ECCI）确认平均板条宽度为577.1±29.8 nm。关键实验采用40K/s快速加热的膨胀仪测试，在848-973K温度区间进行长达20小时的等温保持，通过理想长度变化（ILC）模型分离相变与蠕变效应。

研究结果揭示三个重要规律：首先，在973K高温区（DEP=1），马氏体扩散行为与铁素体基本一致；但当温度降至873K时，最佳DEP值升至10，表明位错管道扩散贡献率显著增加。其次，建立的DEP温度函数ΔDEP=2.47×10^-23·exp(-394 kJ/mol/RT)在873K以上与实验数据高度吻合（R²=0.998），成功预测873K处理2小时后奥氏体层宽度为123.5 nm，误差仅5.6%（传统模型误差达64.7%）。最后，在低于873K的低温区，模型偏差增大，这与奥氏体形核率下降导致的动力学机制转变相关——此时界面形核而非元素扩散成为速率控制步骤。

这项发表于《Materials Characterization》的研究具有双重突破性：方法学上，首次实现通过常规膨胀仪数据校准DEP参数，避免了原子探针断层扫描（APT）等昂贵表征；应用层面，建立的温度-DEP对应关系可直接用于多级ART工艺设计，例如通过高低温度交替处理制造具有成分梯度的"核壳结构"奥氏体。正如通讯作者Dirk Ponge指出，该框架可扩展至Fe-C、Fe-Ni等二元体系，并为含Al、Si等多组分TRIP钢的微观结构精准调控提供新范式。未来通过整合形核动力学模型，有望进一步拓宽预测模型的温度适用范围，推动中锰钢从"经验试错"向"计算设计"的范式转变。