Mater. Sci. Eng. A：V、W掺杂增强相变诱导塑性Cr19系列双相不锈钢的性能

【引言】

由体心立方晶格(α)和面心立方奥氏体(γ)组成的双相不锈钢(DSSs)具有良好的机械性能和耐腐蚀性。因为具有有效联合强度和延展性的优势，所以具有相变诱导塑性的不锈钢在减轻产品重量和提升安全性方面具有巨大的潜力，因此，其在汽车工业方面的应用具有广阔前景。国内外研究人员在此方面进行了大量的研究，旨在改善产品的机械性能和耐腐蚀性能，研究者们主要是通过对合金元素的控制来实现这些目的。例如，以N和Mn来替代昂贵的Ni和Mo能够使奥氏体相中的TRIP效应发生得更容易。铁素体相的体积分数以及奥氏体相的形状也会对双相不锈钢的拉伸性能产生显著影响。化学组成、热处理以及预处理步骤都会对各相比例产生显著影响。

【成果简介】

最近，上海大学徐裕来博士（通讯作者）在Materials Science & Engineering A上发表题为“Strengthening behaviors of V and W modified Cr19 series duplex stainless steels with transformation induced plasticity”的文章。研究人员在关于V、W掺杂改性具有相变诱导塑性的Cr19系列双相不锈钢的研究方面取得了全新进展，另外，在显微结构对室温机械性能的影响方面也做了深入探索。铁素体诱导元素V和W的添加将铁素体的体积分数从55%缓慢提高至57-60%，但是冷轧处理将对其体积分数产生严重影响。当双相体在冷轧前表现出的是一种粗糙条状形态时，V和W的添加对样品极限抗拉强度和延展性的改善作用相当显著，这主要归因于相变诱导塑性(TRIP)的发生。Cr19+V体系的极限抗拉强度和屈服强度改善不明显，但是其延伸率在冷轧后将达到61%。Cr19+W系列极限抗拉强度和延伸率均会产生显著改善，分别提高至800MPa和67%。这种改善主要是因为相变诱导塑性(TRIP)的影响、条状铁素体的精细化以及奥氏体相的产生。经时效热处理之后，VN和Cr₂₃C₆沉淀颗粒将会对极限抗拉强度的进一步改善起到显著作用，Cr19+V体系双相不锈钢和Cr19+W体系双相不锈钢的极限抗拉强度将分别提高至1000MPa和920MPa。随着一种定向关系的形成，应变诱导α^，-马氏体直接从奥氏体转变过来。这一种性能增强行为将会以微结构发展为基础进行进一步讨论。

【图文导读】

图1.经固溶和时效热处理后试样的极限抗拉强度变化

经1050℃热处理5分钟后，将Cr19+V以及Cr19+W系列双相不锈钢在750℃条件下进行时效热处理，热处理时间分别为0h、0.5h、2h、4h以及6h

(a)Cr19+V；

(b) Cr19+W。

图2.Cr19系列双相不锈钢的断面形态SEM照片

经0℃下冲击测试后试样的断面形态：

(a)Cr19；

(b)Cr19+V；

(c)Cr19+W。

经-40℃下冲击测试后试样的断面形态：

(d)Cr19；

(e)Cr19+V；

(f)Cr19+W。

图3.铁素体和奥氏体典型双相组织的表征

试样经1050℃固溶热处理再经热压处理后的光学显微照片：

(a)Cr19；

(b)Cr19+V；

(c)Cr19+W。

试样经1050℃固溶热处理再经冷轧处理后的光学显微照片：

(d)Cr19；

(e)Cr19+V；

(f)Cr19+W。

图4.1050℃固溶热处理5min，Cr19+V系列试样经拉伸测试后断面TEM显微照片

(a)奥氏体；

(b)α^，-马氏体；

(c)TEM-SADP；

(d)VN和位错线；

(e) TEM-SADP；

(f)VN的TEM-EDS。

图5.Cr19系列热锻样品经拉伸测试后的断面TEM显微照片

(a)明场TEM图；

(b) TEM-EDS；

(c)区域1的TEM-SADP；

(d)区域2 的TEM-SADP。

图6. 经750℃时效热处理2h后的试样，拉伸测试后断面TEM显微照片

(a)Cr19+V的明场TEM图；

(b)VN的TEM-EDS图；

(c)TEM-SADP；

(d)Cr19+W的明场TEM图；

(e)Cr₂₃C₆的TEM-EDS图；

(f) 区域1中Cr₂₃C₆的TEM-SADP图；

(g)区域2中α^，-马氏体的TEM-SADP图。

【小结】

研究人员对经V、W改性的具有形变诱导塑性（TRIP）的Cr19系列双相不锈钢（DSSs）的显微结构、室温抗拉机械性能、冲击韧性以及抗点蚀性能进行了深入研究，此外，还对相关系列样品的性能增强表现进行了进一步讨论。V和W的添加增加了铁素体的体积分数，但是该体积分数经冷轧和热处理之后几乎不会发生变化。另外，其添加也降低了奥氏体的稳定性， Cr19系列双相不锈钢相变诱导塑性的发生也会变得更加容易。W的添加增加了热锻钢在-40℃条件下的冲击能，但是V的添加将会导致Cr19系列双相不锈钢冲击能的降低，因为其添加将会导致VN沉淀颗粒的形成。冷轧前制品室温机械性能的改善主要归因于相变增强效应。经冷轧和1050℃热处理后，极限抗拉强度和延展性的改善主要是由于TRIP效应以及条状双相体的完善，Cr19+W体系尤其是这样。强度×延伸率值的显著降低主要是因为物相细化增强和相变增强。经时效热处理之后，沉淀增强在体系中也起很重要的作用。

文献链接：Zhang H, Xu Y, Hu P, et al. Strengthening behaviors of V and W modified Cr19 series duplex stainless steels with transformation induced plasticity[J]. Materials Science and Engineering: A, 2017.

本文由材料人编辑部刘梦玮编译，周梦青审核，点我加入材料人编辑部。

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