Mater. Sci. Eng. A：V、W摻雜增強相變誘導塑性Cr19系列雙相不銹鋼的性能

【引言】

由體心立方晶格(α)和面心立方奧氏體(γ)組成的雙相不銹鋼(DSSs)具有良好的機械性能和耐腐蝕性。因為具有有效聯合強度和延展性的優勢，所以具有相變誘導塑性的不銹鋼在減輕產品重量和提升安全性方面具有巨大的潛力，因此，其在汽車工業方面的應用具有廣闊前景。國內外研究人員在此方面進行了大量的研究，旨在改善產品的機械性能和耐腐蝕性能，研究者們主要是通過對合金元素的控制來實現這些目的。例如，以N和Mn來替代昂貴的Ni和Mo能夠使奧氏體相中的TRIP效應發生得更容易。鐵素體相的體積分數以及奧氏體相的形狀也會對雙相不銹鋼的拉伸性能產生顯著影響。化學組成、熱處理以及預處理步驟都會對各相比例產生顯著影響。

【成果簡介】

最近，上海大學徐裕來博士（通訊作者）在Materials Science & Engineering A上發表題為“Strengthening behaviors of V and W modified Cr19 series duplex stainless steels with transformation induced plasticity”的文章。研究人員在關于V、W摻雜改性具有相變誘導塑性的Cr19系列雙相不銹鋼的研究方面取得了全新進展，另外，在顯微結構對室溫機械性能的影響方面也做了深入探索。鐵素體誘導元素V和W的添加將鐵素體的體積分數從55%緩慢提高至57-60%，但是冷軋處理將對其體積分數產生嚴重影響。當雙相體在冷軋前表現出的是一種粗糙條狀形態時，V和W的添加對樣品極限抗拉強度和延展性的改善作用相當顯著，這主要歸因于相變誘導塑性(TRIP)的發生。Cr19+V體系的極限抗拉強度和屈服強度改善不明顯，但是其延伸率在冷軋后將達到61%。Cr19+W系列極限抗拉強度和延伸率均會產生顯著改善，分別提高至800MPa和67%。這種改善主要是因為相變誘導塑性(TRIP)的影響、條狀鐵素體的精細化以及奧氏體相的產生。經時效熱處理之后，VN和Cr₂₃C₆沉淀顆粒將會對極限抗拉強度的進一步改善起到顯著作用，Cr19+V體系雙相不銹鋼和Cr19+W體系雙相不銹鋼的極限抗拉強度將分別提高至1000MPa和920MPa。隨著一種定向關系的形成，應變誘導α^，-馬氏體直接從奧氏體轉變過來。這一種性能增強行為將會以微結構發展為基礎進行進一步討論。

【圖文導讀】

圖1.經固溶和時效熱處理后試樣的極限抗拉強度變化

經1050℃熱處理5分鐘后，將Cr19+V以及Cr19+W系列雙相不銹鋼在750℃條件下進行時效熱處理，熱處理時間分別為0h、0.5h、2h、4h以及6h

(a)Cr19+V；

(b) Cr19+W。

圖2.Cr19系列雙相不銹鋼的斷面形態SEM照片

經0℃下沖擊測試后試樣的斷面形態：

(a)Cr19；

(b)Cr19+V；

(c)Cr19+W。

經-40℃下沖擊測試后試樣的斷面形態：

(d)Cr19；

(e)Cr19+V；

(f)Cr19+W。

圖3.鐵素體和奧氏體典型雙相組織的表征

試樣經1050℃固溶熱處理再經熱壓處理后的光學顯微照片：

(a)Cr19；

(b)Cr19+V；

(c)Cr19+W。

試樣經1050℃固溶熱處理再經冷軋處理后的光學顯微照片：

(d)Cr19；

(e)Cr19+V；

(f)Cr19+W。

圖4.1050℃固溶熱處理5min，Cr19+V系列試樣經拉伸測試后斷面TEM顯微照片

(a)奧氏體；

(b)α^，-馬氏體；

(c)TEM-SADP；

(d)VN和位錯線；

(e) TEM-SADP；

(f)VN的TEM-EDS。

圖5.Cr19系列熱鍛樣品經拉伸測試后的斷面TEM顯微照片

(a)明場TEM圖；

(b) TEM-EDS；

(c)區域1的TEM-SADP；

(d)區域2 的TEM-SADP。

圖6. 經750℃時效熱處理2h后的試樣，拉伸測試后斷面TEM顯微照片

(a)Cr19+V的明場TEM圖；

(b)VN的TEM-EDS圖；

(c)TEM-SADP；

(d)Cr19+W的明場TEM圖；

(e)Cr₂₃C₆的TEM-EDS圖；

(f) 區域1中Cr₂₃C₆的TEM-SADP圖；

(g)區域2中α^，-馬氏體的TEM-SADP圖。

【小結】

研究人員對經V、W改性的具有形變誘導塑性（TRIP）的Cr19系列雙相不銹鋼（DSSs）的顯微結構、室溫抗拉機械性能、沖擊韌性以及抗點蝕性能進行了深入研究，此外，還對相關系列樣品的性能增強表現進行了進一步討論。V和W的添加增加了鐵素體的體積分數，但是該體積分數經冷軋和熱處理之后幾乎不會發生變化。另外，其添加也降低了奧氏體的穩定性， Cr19系列雙相不銹鋼相變誘導塑性的發生也會變得更加容易。W的添加增加了熱鍛鋼在-40℃條件下的沖擊能，但是V的添加將會導致Cr19系列雙相不銹鋼沖擊能的降低，因為其添加將會導致VN沉淀顆粒的形成。冷軋前制品室溫機械性能的改善主要歸因于相變增強效應。經冷軋和1050℃熱處理后，極限抗拉強度和延展性的改善主要是由于TRIP效應以及條狀雙相體的完善，Cr19+W體系尤其是這樣。強度×延伸率值的顯著降低主要是因為物相細化增強和相變增強。經時效熱處理之后，沉淀增強在體系中也起很重要的作用。

文獻鏈接：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.

本文由材料人編輯部劉夢瑋編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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