Mater. Sci. Eng. A: 通過強化多種缺陷提高中錳鋼的屈服強度

【引言】

在保證乘客安全的前提下，擁有高強度和高延展性的高性能鋼材在在工業上汽車減重方面是令人向往的。在追求高性能鋼材的同時，推動了Mn含量在3~12wt%范圍內的中錳鋼的發展。通過淬火和分配(Q&P)工藝或結合臨界間退火和Q&P兩者工藝選擇硬質馬氏體基體，可以提高中錳鋼的屈服強度。然而，通過簡單的淬火很難在具有較高合金元素的中錳鋼中獲得馬氏體組織。因此，有可能通過結合多個強化缺陷而不借助高強度馬氏體來提高中錳鋼的屈服強度。本文通過結合多種強化缺陷（固溶、位錯、沉淀物和納米孿晶）的方法來提高Fe-10Mn-0.47C-2Al-0.7V（重量%）的中錳鋼的屈服強度。盡管這種中錳鋼具有嵌入奧氏體基體中的鐵素體的雙相組織，但每個強化缺陷的集體貢獻可使屈服強度超過1GPa。 此外，TRIP效應和TWIP效應顯著改善了當前中錳鋼的延展性。

【成果簡介】

近日，香港大學黃明欣教授和國立臺灣大學顏鴻威助理教授（共同通訊作者）等團隊在Materials Science and Engineering：A上發表題為 “Increasing yield strength of medium Mn steel by engineering multiple strengthening defects”的文章。文章中提出了一種結合強化多種缺陷來提高中錳鋼屈服強度的方法。目前鋼屈服強度能高達1350MPa，通過TRIP和TWIP效應，該中錳鋼擁有15%的均勻伸長率，是用于成型汽車零部件的優異鋼材。

【圖文導讀】

圖1. 中錳鋼的熱機械加工路線的示意圖

圖中WR指熱軋；CR指冷軋；RT指室溫。

圖2. 中錳鋼的微觀結構表征

a. 中錳鋼試樣的形貌。圖中TD：橫向; RD：軋制方向。 白色矩形標記該區域用于EBSD測量。

b. 中錳鋼試樣的EBSD圖。 奧氏體呈黃色，鐵素體呈紅色。 虛線圓圈表示小奧氏體和小鐵素體晶粒的偏析。

c. 中錳鋼試樣的相應取向圖。 虛線圓圈表示大奧氏體晶粒內部的鐵素體晶粒。

d. c圖中白圈處的形貌。

e. 在拉伸測試之前的中錳鋼的XRD分布。

圖3. 中錳鋼內部組織透射圖

a. 中錳鋼的透射電鏡圖

b. 接近大奧氏體晶界的小鐵素體和小奧氏體晶粒的放大圖。

c. 圖中顯示鐵素體在奧氏體晶粒內部分布的明場像。

d. 顯示晶內鐵素體周圍密集位錯的明場像。

圖4. 對中錳鋼進行線掃描

a. 在小鐵素體和小奧氏體晶粒上進行線掃描。

b. 在晶內鐵素體和大奧氏體晶粒上的線掃描。

插圖中黃線表示線掃描的位置。

圖5. 透射電鏡觀察中錳鋼中各類缺陷

a. 在奧氏體晶粒中形成機械孿晶。 虛線圓圈表示選定區域進行衍射花樣分析。

b. a圖中虛線矩形的放大視圖。

c. 顯示大奧氏體晶粒中高位錯密度的明場像。

d. 顯示V-碳化物析出物在大奧氏體晶粒中分布的STEM圖。右下角處顯示白色矩形V元素的EDS映射。

e. 奧氏體基體中V-碳化物析出物的高分辨率透射圖。

f. e中的白色矩形區域的相應的FFT衍射圖和衍射斑點的信息。

圖6. 中錳鋼的工程應力 - 應變曲線

中錳鋼的工程應力 - 應變曲線。 根據斷裂拉伸試樣的XRD測量計算不同工程應變下的奧氏體體積分數。

圖7. 斷裂拉伸試樣的微觀表征

a. 顯示斷裂樣品中機械孿晶的明場像。

b. 顯示斷裂樣品中機械孿晶的暗場像。

c. 機械孿晶和奧氏體基體的衍射花樣。

d. 斷裂樣品中?馬氏體層ε-M和雙層板的高分辨率透射圖。

e. d中虛線矩形區域的FFT圖像和ε-馬氏體衍射斑點的詳細信息。

f. ?馬氏體和奧氏體基體衍射斑點的示意圖。

【小結】

文章介紹了一種組合多個冶金強化缺陷來提高中錳鋼屈服強度的方法，其中引入使用傳統的軋制和退火工藝，使得中錳鋼具有1350MPa的超高屈服強度，此外，還具有良好的延性，均勻伸長率為15%。文章指出該中等錳鋼是設計汽車零部件的理想材料，其屈服強度將成為主要設計標準。這對優質鋼鐵出產及汽車行業具有重大意義。

【文獻信息】

文獻鏈接：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)

本文由材料人編輯部新人組熊富豪編輯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。

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