一种高强度高塑性的形状记忆钢及其制备方法与流程

本发明属于铁基形状记忆合金材料技术领域，涉及一种回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢及其制备方法。

背景技术：

上世纪80年代初，相关研究表明fe-30mn-1si合金沿<414>晶向的单晶具有优异的形状记忆效应，回复应变超过了传统的镍钛基和铜基形状记忆合金，从而开启了fe-mn-si基形状记忆合金开发的新方向。与镍钛基和铜基形状记忆合金相比，fe-mn-si基形状记忆合金具有成本低、可焊性好、加工性能好、力学性能优异等特点，已在大型管接头、铁轨连接板、混凝土结构中获得了应用。但是，通过常规的钢铁熔炼和加工方法制备的fe-mn-si基形状记忆钢都呈现为多晶体，前期的大量研究表明，与单晶态相比，多晶态fe-mn-si基形状记忆钢的回复应变显著降低，通常都低于2.5％，这极大地限制了该类合金的应用。如何提高该类合金的形状记忆效应成为该领域过去30年的研究重点。

目前研究最广泛的提高形状记忆效应的方法为热机械处理：包括“训练”和奥氏体形变热处理。前者指一定周次的室温变形和高温退火的循环，后者指在马氏体开始转变温度(ms点)以上温区进行小量变形。这两种热机械处理的方法都能显著提高fe-mn-si基形状记忆钢的回复应变和回复应力。大量的研究表明，经过这两种方法处理的形状记忆钢的微观组织中存在大量的层错，这些层错可以辅助应力诱发马氏体的形成，使得变形过程中产生的应力诱发马氏体呈现出三个特点：(1)非常薄，宽度只有几纳米；(2)均匀分布；(3)在每个晶粒内只有一个变体。这类马氏体前端的肖克莱不全位错容易保留在晶粒内部，从而在退火的过程中能回复全部的应变，获得很高的回复应变。值得注意的是，热机械处理会不可避免地提高成本，并且对于某些形状比较复杂的成型部件，热机械处理无法实施。从本世纪初开始，相关研究人员发现在fe-mn-si基形状记忆钢中析出碳化物，如nbc，tic和vc等，也有利于提高其形状记忆效应。这种方法可以不受部件形状的限制，因而呈现出了良好的应用前景。但是至今报道的提升幅度都不大，其主要原因是相关研究人员只在原有合金成分的基础上添加碳化物的形成元素，而没有主动对合金成分进行重新设计，尤其没有考虑新添加的合金元素及其与原有主干合金元素的配比对形状记忆效应的影响。另一方面，fe-mn-si基形状记忆钢主要作为结构材料进行应用，因而其强度、塑性等力学性能也非常重要，最理想的状态是既具有优异的形状记忆效应又具有高强度和高塑性，但是目前相关研究人员对于该类合金的力学性能关注较少。

综上所述，目前fe-mn-si基形状记忆钢发展的主要目标是合金成分的优化设计，在保证其优良的力学性能的同时，尽可能提高形状记忆效应，即回复应力和回复应变。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢及其制备方法。

技术方案

一种回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢，其特征在于：合金的质量百分比为：mn：18％～24％，si：4.5％～6.5％，cr：7％～11％，ni：4％～6％，v：0.08％～1.5％，c：0.02％～0.3％，余量为fe。

一种所述回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将上述合金按元素比例配置原料后在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次得到铸锭；

步骤2：对铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材；

步骤3：对板材进行均匀化退火工艺，参数为：板材随炉升温至1000～1100℃，保温5～10h，水冷淬火；

步骤4：采用热轧工艺将厚度为22mm的板材分多个道次轧至10～10.5mm，热轧温度为1100℃，第1道次随炉升温至1100℃，保温时间30～40min，绝对压下量为1～1.5mm，其余各道次绝对压下量为1～2mm；除最后一道次外，每道次轧完后采用1100℃回炉保温10～15min，最后一道次轧完后水冷淬火；

步骤5：进行固溶处理工艺，先将炉温升至1000～1100℃，再将板材放入炉膛中保温4～8h，最后水冷淬火；

步骤6：再进行时效处理工艺，先将炉温升至650～800℃，再将板材放入炉膛中保温2h，最后水冷淬火，得到回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢。

有益效果

本发明提出的一种回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢及其制备方法。合金的成分及质量百分比为：mn：18％～24％，si：4.5％～6.5％，cr：7％～11％，ni：4％～6％，v：0.08％～1.5％，c：0.02％～0.3％，余量为fe。

mn元素有利于降低层错能和马氏体开始转变温度(ms点)，从而提高合金的形状记忆效应，但mn元素也会提高奈尔温度(tn)，使母相奥氏体自由能降低而变得十分稳定，导致γ→ε马氏体的转变过程难以进行。所述合金的化学组成中mn元素的质量百分比限定为18％～24％，mn元素的质量百分比高于或低于这一范围都将对γ→ε马氏体相变产生抑制作用，从而导致所述合金形状记忆效应的降低。

si元素有利于降低层错能，提高母相屈服强度，除此之外，还能降低奈尔温度(tn)，但si元素含量高于6.5％时，会导致合金的冷热加工性能急剧下降，因此将si元素的质量百分比设定为4.5％～6.5％。

上述合金的化学组成中cr和ni的质量配比为1.75～1.90，cr元素的加入可以提高合金的耐蚀性，但当cr元素含量高于7％时，将在合金中引入σ相，降低合金的塑性和断裂韧性，而在合金中加入上述比例的ni元素时能够在抑制σ相析出的同时不影响其他性能，因此将cr元素的质量百分比设定为7％～11％，将ni元素的质量百分比设定为4％～6％。

v和c的原子配比为1.0～1.2，即v的原子数略大于c的原子数，使元素c能够全部进入碳化钒(vc)，而略微剩余的v能够固溶在合金基体中。所述合金中析出碳化钒的质量百分比为0.1～1.8％，析出碳化钒的质量百分比若低于0.1％，不能得到预期的优化结果，若高于1.8％将降低合金的塑性和切削加工性能。

该合金的制备方法包括真空感应熔炼，均匀化退火处理、热轧处理、固溶处理、时效处理。制备工艺简单可控。本发明中通过优化合金成分所获得的形状记忆钢，在不经热机械处理的情况下，回复应力＞500mpa、回复应变＞4％、强度＞700mpa、延伸率＞10％，体现出了优异的形状记忆效应和力学性能。

与现有的技术相比，本发明更具有如下有益效果：

1、本发明体系合金的回复应力＞500mpa，并且回复应变＞4％，同时获得了较高水平的回复应力和回复应变，有利于满足要求形状记忆钢在回复过程中抵抗较大阻力且能够产生较高的回复应变的场景的需要，尤其适用于各种管件的连接、复杂薄壁件的自修复等。

2、本发明体系合金在具备优异的形状记忆效应的同时，仍保持了高强度和高塑性，具体表现为合金的强度＞700mpa、延伸率＞10％，使得其作为连接件材料或复杂薄壁件材料都能更高程度地满足构件对力学性能的要求。

3、本发明体系合金的制备方法包括真空感应熔炼和热处理步骤，制备过程简单可控，在保证优异的形状记忆效应和力学性能的同时，降低了加工过程的成本及难度。

附图说明

图1-4为本发明制备的不同成分的形状记忆钢在室温下的应力—应变曲线。

图5-8为本发明制备的不同成分的形状记忆钢在不同预变形量下的回复应变

图9-12为本发明制备的不同成分的形状记忆钢的回复应力随温度的变化曲线

图13为弯曲法测量形状记忆效应示意图

图14为进行回复应力测试的拉伸试样结构图

图15为进行力学性能测试的拉伸试样结构图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例1

本实施例的回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：18％，si：5％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理5h。水淬后在1100℃分6道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～6道次绝对压下量为2mm，第1～5道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理4h，水冷淬火，最后在650℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-18mn-5si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的应力—应变曲线见附图1。从附图1中可看出该形状记忆钢的强度为721mpa，延伸率为36％。

采用弯曲法测试本实施例中所制得的fe-18mn-5si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在不同预变形量下的回复应变，结果见附图5。从附图5中可看出该形状记忆钢在初始变形温度为室温时测得的最大回复应变为5.3％。其中，采用弯曲法测试回复应变的过程如下：

测试试样采用尺寸为70mm×2.5mm×1mm的条片状试样，测试的具体步骤为：将经过上述工艺处理的平直试样围绕直径为d的圆形模具弯曲180°，卸载后取出试样，即发生一定的弹性回复，测得回复的角度θp，然后将试样加热到450℃保温15min，结束之后采用空冷，冷却后测量因形状记忆效应产生的回复角度θr。采用弯曲法测试形状记忆效应示意图见附图13。试样的弯曲半径、预应变量、残余应变量、回复应变量和形状回复率可通过下列公式计算：

rp＝180°/(180°-θp)×r(1)

rr＝180°/(180°-θr)×r(2)

εp＝t/(2rp+t)(3)

εr＝t/(2rr+t)(4)

εrs＝εp-εr(5)

η＝(εp-εr)/εp×100％(6)

式中：r为圆形模具的半径，t为试样厚度。

本实施例中所制得的fe-18mn-5si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆合金在初始变形温度为室温、预变形量为5％时，测得的回复应力随温度的变化曲线见附图9。从附图9可看出该形状记忆钢的回复应力为571mpa。其中，测试回复应力的过程如下：

测试试样采用棒状拉伸试样，如附图14所示。测试的具体步骤为：室温下，将试样在电子万能试验机上以0.6mm/min的加载速率加载至应变量为5％，接着以0.6mm/min的卸载速率卸载至应力值为50mpa，保持夹持端距离不变，将试样以10℃/min的加热速率从室温加热到450℃，保温30min，保温结束后以5℃/min的冷却速率冷却至室温，记录其回复应力。

实施例2

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：18％，si：5％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理6h。水淬后在1100℃分6道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～6道次绝对压下量为2mm，第1～5道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理5h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-18mn-5si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为735mpa，延伸率为33％，见附图1。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.5％，见附图5。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为627mpa，见附图9。

实施例3

本实施例与实施例一至二的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：18％，si：5％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理7h。水淬后在1100℃分6道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～6道次绝对压下量为2mm，第1～5道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理5h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-18mn-5si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为752mpa，延伸率为34％，见附图1。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.6％，见附图5。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为591mpa，见附图9。

实施例4

本实施例与实施例一至三的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：18％，si：6％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理5h。水淬后在1100℃分6道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～6道次绝对压下量为2mm，第1～5道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理4h，水冷淬火，最后在650℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-18mn-6si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为711mpa，延伸率为40％，见附图1。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.5％，见附图5。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为589mpa，见附图9。

实施例5

本实施例与实施例一至四的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：18％，si：6％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理6h。水淬后在1100℃分6道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～6道次绝对压下量为2mm，第1～5道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理5h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-18mn-6si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为746mpa，延伸率为30％，见附图1。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.4％，见附图5。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为638mpa，见附图9。

实施例6

本实施例与实施例一至五的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：18％，si：6％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理7h。水淬后在1100℃分6道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～6道次绝对压下量为2mm，第1～5道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理5h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-18mn-6si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为717mpa，延伸率为27％，见附图1。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.9％，见附图5。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为603mpa，见附图9。

实施例7

本实施例与实施例一至六的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：20％，si：5％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理8h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理6h，水冷淬火，最后在650℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-20mn-5si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为756mpa，延伸率为55％，见附图2。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.6％，见附图6。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为590mpa，见附图10。

实施例8

本实施例与实施例一至七的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：20％，si：5％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理9h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理7h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-20mn-5si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为785mpa，延伸率为49％，见附图2。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.8％，见附图6。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为638mpa，见附图10。

实施例9

本实施例与实施例一至八的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：20％，si：5％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理10h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理8h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-20mn-5si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为770mpa，延伸率为42％，见附图2。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.2％，见附图6。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为614mpa，见附图10。

实施例10

本实施例与实施例一至九的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：20％，si：6％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理8h，水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理6h，水冷淬火，最后在650℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-20mn-6si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为795mpa，延伸率为44％，见附图2。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.7％，见附图6。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为609mpa，见附图10。

实施例11

本实施例与实施例一至十的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：20％，si：6％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理9h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理7h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-20mn-6si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为807mpa，延伸率为58％，见附图2。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为7.2％，见附图6。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为659mpa，见附图10。

实施例12

本实施例与实施例一至十一的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：20％，si：6％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1000℃进行均匀化处理10h，水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温30min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温10min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1000℃固溶处理8h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-20mn-6si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为779mpa，延伸率为47％，见附图2。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.6％，见附图6。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为584mpa，见附图10。

实施例13

本实施例与实施例一至十二的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：22％，si：5％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理5h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理4h，水冷淬火，最后在650℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-22mn-5si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为758mpa，延伸率为49％，见附图3。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.8％，见附图7。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为587mpa，见附图11。

实施例14

本实施例与实施例一至十三的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：22％，si：5％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理6h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理4h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-22mn-5si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为819mpa，延伸率为52％，见附图3。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.4％，见附图7。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为603mpa，见附图11。

实施例15

本实施例与实施例一至十四的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：22％，si：5％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理7h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理5h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-22mn-5si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为781mpa，延伸率为43％，见附图3。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.2％，见附图7。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为639mpa，见附图11。

实施例16

本实施例与实施例一至十五的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：22％，si：6％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理5h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理4h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-22mn-6si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为773mpa，延伸率为45％，见附图3。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.6％，见附图7。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为557mpa，见附图11。

实施例17

本实施例与实施例一至十六的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：22％，si：6％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理6h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理4h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-22mn-6si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为846mpa，延伸率为53％，见附图3。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为6.7％，见附图7。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为618mpa，见附图11。

实施例18

本实施例与实施例一至十七的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：22％，si：6％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理7h。水淬后在1100℃分8道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1mm，第2～8道次绝对压下量为1.5mm，第1～7道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理5h，水冷淬火，最后在800℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-22mn-6si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为801mpa，延伸率为40％，见附图3。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.3％，见附图7。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为570mpa，见附图11。

实施例19

本实施例与实施例一至十八的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：24％，si：5％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理8h。水淬后在1100℃分11道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～11道次绝对压下量为1mm，第1～10道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理6h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-24mn-5si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为733mpa，延伸率为37％，见附图4。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为4.9％，见附图8。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为537mpa，见附图12。

实施例20

本实施例与实施例一至十九的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：24％，si：5％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理9h。水淬后在1100℃分11道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～11道次绝对压下量为1mm，第1～10道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理7h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-24mn-5si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为762mpa，延伸率为31％，见附图4。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为5.4％，见附图8。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为636mpa，见附图12。

实施例21

本实施例与实施例一至二十的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：24％，si：5％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理10h。水淬后在1100℃分11道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～11道次绝对压下量为1mm，第1～10道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理8h，水冷淬火，最后在800℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-24mn-5si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为741mpa，延伸率为29％，见附图4。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为4.5％，见附图8。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为616mpa，见附图12。

实施例22

本实施例与实施例一至二十一的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：24％，si：6％，cr：7％，ni：4％，v：0.5％，c：0.1％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.75，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理8h。水淬后在1100℃分11道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～11道次绝对压下量为1mm，第1～10道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理6h，水冷淬火，最后在700℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-24mn-6si-7cr-4ni-0.5v-0.1c形状记忆钢在室温下的强度为723mpa，延伸率为30％，见附图4。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为4.3％，见附图8。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为633mpa，见附图12。

实施例23

本实施例与实施例一至二十二的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：24％，si：6％，cr：9％，ni：5％，v：0.8％，c：0.17％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.8，v和c的原子数配比为1.11。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理9h。水淬后在1100℃分11道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～11道次绝对压下量为1mm，第1～10道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理7h，水冷淬火，最后在750℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-24mn-6si-9cr-5ni-0.8v-0.17c形状记忆钢在室温下的强度为796mpa，延伸率为39％，见附图4。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为4.8％，见附图8。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为573mpa，见附图12。

实施例24

本实施例与实施例一至二十三的区别在于，本实施例中回复应力＞500mpa、回复应变＞4％的高强度高塑性的形状记忆钢的成分及质量百分比为：mn：24％，si：6％，cr：11％，ni：6％，v：1.5％，c：0.3％，余量为fe。

其中，cr和ni的质量配比为1.83，v和c的原子数配比为1.18。

制备过程和步骤如下：

将原料按照上述百分比进行配料后，在真空中频感应熔炼炉中进行熔炼，采用氩气作为保护气氛，真空度0.1pa，充入氩气至0.7×10⁵pa，加热温度为1500℃～1550℃，感应电流的频率为2500hz，电压380v，将合金铸锭翻转熔炼3～5次。对熔炼所得的铸锭进行线切割，切成厚度均为22mm的板材，再在1100℃进行均匀化处理10h。水淬后在1100℃分11道次热轧至10.5mm，具体热轧工艺为：板材随炉升温至1100℃，保温40min，第1道次绝对压下量为1.5mm，第2～11道次绝对压下量为1mm，第1～10道次轧完后采用1100℃回炉保温15min，最后一道次轧完后水冷淬火。然后在1100℃固溶处理8h，水冷淬火，最后在800℃时效处理2h，水冷淬火。

本实施例中所制得的fe-24mn-6si-11cr-6ni-1.5v-0.3c形状记忆钢在室温下的强度为767mpa，延伸率为25％，见附图4。采用弯曲法测试该合金在室温、不同预变形量条件下的最大回复应变为4.4％，见附图8。测试该合金在室温、预变形量为5％条件下的回复应力为561mpa，见附图12。

表1

不同成分的形状记忆钢的强度、延伸率、回复应力、回复应变