Acta Mater.：新型超高強度的輕質含Cu復合鋼用于汽車增強及減重

【引言】

高強度，延展性和車輛重量減輕是提高汽車行業燃油效率的關鍵問題。此外為了防止或最小化變形，結構增強部件需要高屈服強度。與常規鋼相比，高Al輕質鋼具有優異的機械性能和更低的密度，引起廣泛關注。最近開發的一些（鐵素體+奧氏體）雙相輕質鋼中，C和Mn的含量低于奧氏體輕質鋼，低價環保，但是這些雙相輕質鋼的屈服強度在350-550MPa以下，相對較低。這是因為大量添加Al促進了粗大的鐵素體帶的發展并且粗大的奧氏體晶粒降低了屈服強度。這些鋼可用于汽車上需要高拉伸強度的能量吸收組件，但是對于優先考慮高屈服拉伸比的組件來說并不可取。

【成果簡介】

近日，韓國浦項科技大學的Seok Su Sohn（通訊作者）等人在Acta Mater.上發表了一篇名為“Novel ultra-high-strength Cu-containing medium-Mn duplex lightweight steels”的文章，研究人員通過改變退火溫度開發了新的輕質超高強Fe-0.5C-12Mn-7Al-（0,3）Cu（wt％）鋼。奧氏體穩定劑Cu不僅提高了奧氏體體積分數，而且由于溶質拖曳效應延遲了再結晶，同時促進了富Cu的B2顆粒和Cu分離的界面層的形成。富Cu的B2顆粒、Cu的固溶強化和延遲再結晶大大提高了屈服強度（?1GPa）和應變硬化。通過這些獨特且優異的拉伸性能，汽車重量減少10.4%，為制造具有優異屈服拉伸比的汽車增強部件提供了可能性。

【圖文導讀】

圖1 退火樣品的X射線衍射結果

（a）在730-930℃下退火的非含Cu鋼樣品

（b）在730-930℃下退火的含Cu鋼樣品

在所有樣品中觀察到鐵素體和奧氏體的峰，而僅在730℃退火的樣品中發現k-碳化物的峰。

圖2 退火樣品的微觀結構（EBSD相圖）

（a）A73 ? ? ? ? ?（b）A83 ? ? ? ? ?（c）A93

（d）CA73 ? ? ? （e）CA83 ? ? ? ?（f）CA93

每個圖中都顯示奧氏體的平均體積分數（Vγ）和晶粒尺寸（Dγ）。

圖3 鐵素體中的富Cu B2析出相的TEM明場圖像

（a）CA73 ? ? ? ? ? ? （b）CA83 ? ? ? ? ? ? ? ? （c）CA93

鐵素體中析出非常細的B2相，其尺寸隨著退火溫度的增加而降低。

圖4 樣品的拉伸性能和應變硬化率

（a）室溫工程應力應變曲線

（b）在730-930℃下退火的非含Cu和含Cu鋼樣品的應變硬化率（dσ/dε）曲線

在給定的退火溫度下，Cu的添加明顯地導致強度增加和延伸率降低。所有樣品應變硬化率隨著應變的增加而持續下降。A73、CA73、CA83標本和A83、A93、CA93標本中，應變硬化率曲線的降低形狀相似。

圖5 富Cu B2顆粒的不可剪切特性

（a）CA83樣品高倍率掃描TEM圖像

（b）CA83樣品2%應變下的明場圖像

顯示出釘扎、彎曲和堆積，富含Cu B2顆粒與奧氏體基體之間的位錯。

圖6 添加Cu延遲再結晶

拉伸變形之前樣品的EBSD FCC和BCC（KAM）圖

（a-b）A73 ? ? ? ? ? ?（c-d）CA73

（e-f）A83 ? ? ? ? ? ??（g-h）CA83

【小結】

研究人員開發了含Cu的中Mn復合輕質超高強鋼（Fe-0.5C-12Mn-7Al-（0,3）Cu wt％），研究了富Cu析出相的雙相微觀結構的變形機制，探究了微觀結構演化過程與拉伸性能的相關性。

文獻鏈接：Novel ultra-high-strength Cu-containing medium-Mn duplex lightweight steels?(Acta Mater., 2017, DOI：10.1016/j.actamat.2017.06.035)

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