Mater. Sci. Eng. A: 通过强化多种缺陷提高中锰钢的屈服强度

【引言】

在保证乘客安全的前提下，拥有高强度和高延展性的高性能钢材在在工业上汽车减重方面是令人向往的。在追求高性能钢材的同时，推动了Mn含量在3~12wt%范围内的中锰钢的发展。通过淬火和分配(Q&P)工艺或结合临界间退火和Q&P两者工艺选择硬质马氏体基体，可以提高中锰钢的屈服强度。然而，通过简单的淬火很难在具有较高合金元素的中锰钢中获得马氏体组织。因此，有可能通过结合多个强化缺陷而不借助高强度马氏体来提高中锰钢的屈服强度。本文通过结合多种强化缺陷（固溶、位错、沉淀物和纳米孪晶）的方法来提高Fe-10Mn-0.47C-2Al-0.7V（重量%）的中锰钢的屈服强度。尽管这种中锰钢具有嵌入奥氏体基体中的铁素体的双相组织，但每个强化缺陷的集体贡献可使屈服强度超过1GPa。 此外，TRIP效应和TWIP效应显著改善了当前中锰钢的延展性。

【成果简介】

近日，香港大学黄明欣教授和国立台湾大学颜鸿威助理教授（共同通讯作者）等团队在Materials Science and Engineering：A上发表题为 “Increasing yield strength of medium Mn steel by engineering multiple strengthening defects”的文章。文章中提出了一种结合强化多种缺陷来提高中锰钢屈服强度的方法。目前钢屈服强度能高达1350MPa，通过TRIP和TWIP效应，该中锰钢拥有15%的均匀伸长率，是用于成型汽车零部件的优异钢材。

【图文导读】

图1. 中锰钢的热机械加工路线的示意图

图中WR指热轧；CR指冷轧；RT指室温。

图2. 中锰钢的微观结构表征

a. 中锰钢试样的形貌。图中TD：横向; RD：轧制方向。 白色矩形标记该区域用于EBSD测量。

b. 中锰钢试样的EBSD图。 奥氏体呈黄色，铁素体呈红色。 虚线圆圈表示小奥氏体和小铁素体晶粒的偏析。

c. 中锰钢试样的相应取向图。 虚线圆圈表示大奥氏体晶粒内部的铁素体晶粒。

d. c图中白圈处的形貌。

e. 在拉伸测试之前的中锰钢的XRD分布。

图3. 中锰钢内部组织透射图

a. 中锰钢的透射电镜图

b. 接近大奥氏体晶界的小铁素体和小奥氏体晶粒的放大图。

c. 图中显示铁素体在奥氏体晶粒内部分布的明场像。

d. 显示晶内铁素体周围密集位错的明场像。

图4. 对中锰钢进行线扫描

a. 在小铁素体和小奥氏体晶粒上进行线扫描。

b. 在晶内铁素体和大奥氏体晶粒上的线扫描。

插图中黄线表示线扫描的位置。

图5. 透射电镜观察中锰钢中各类缺陷

a. 在奥氏体晶粒中形成机械孪晶。 虚线圆圈表示选定区域进行衍射花样分析。

b. a图中虚线矩形的放大视图。

c. 显示大奥氏体晶粒中高位错密度的明场像。

d. 显示V-碳化物析出物在大奥氏体晶粒中分布的STEM图。右下角处显示白色矩形V元素的EDS映射。

e. 奥氏体基体中V-碳化物析出物的高分辨率透射图。

f. e中的白色矩形区域的相应的FFT衍射图和衍射斑点的信息。

图6. 中锰钢的工程应力 - 应变曲线

中锰钢的工程应力 - 应变曲线。 根据断裂拉伸试样的XRD测量计算不同工程应变下的奥氏体体积分数。

图7. 断裂拉伸试样的微观表征

a. 显示断裂样品中机械孪晶的明场像。

b. 显示断裂样品中机械孪晶的暗场像。

c. 机械孪晶和奥氏体基体的衍射花样。

d. 断裂样品中ɛ马氏体层ε-M和双层板的高分辨率透射图。

e. d中虚线矩形区域的FFT图像和ε-马氏体衍射斑点的详细信息。

f. ɛ马氏体和奥氏体基体衍射斑点的示意图。

【小结】

文章介绍了一种组合多个冶金强化缺陷来提高中锰钢屈服强度的方法，其中引入使用传统的轧制和退火工艺，使得中锰钢具有1350MPa的超高屈服强度，此外，还具有良好的延性，均匀伸长率为15%。文章指出该中等锰钢是设计汽车零部件的理想材料，其屈服强度将成为主要设计标准。这对优质钢铁出产及汽车行业具有重大意义。

【文献信息】

文献链接：Increasing yield strength of medium Mn steel by engineering multiple strengthening defects(Mater. Sci. Eng. A, 2018, DOI: 10.1016/j.msea.2018.03.065)

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