哈工程《IJP》：设计新型奥氏体-马氏体双相钢

　　原标题：哈工程《IJP：设计新型奥氏体-马氏体双相钢

　　具有千兆帕强度和大延展性的先进高性能结构材料对于减轻重量和提高能源效率非常必要。由软相和硬相组成的双相（DP）钢可以提供良好的强度，延展性和较高的加工硬化率，从而减轻了强度与延展性之间的权衡。在DP钢中，高延展性源于软相通过显著的位错活度，孪晶的形成，应变分配或应变诱导的相变而具有较好的应变硬化行为。但是，软相控制了DP钢的屈服并导致屈服强度较低。硬相可以通过抵抗软相中的位错滑移而通过界面硬化来提供有限的强度增加。

　　为了克服双相（DP）钢的缺点研究学者做了大量工作。通常调节诸如硬相体积分数和特性等微观结构特征来改善性能。由热机械处理或沉淀/弥散硬化产生的硬相的各种特性可有效地改善强度或延展性。但是，很难同时改善这两种性质。而且，铁素体/奥氏体DP钢的时效脆化，铁素体中的调幅分解增加了硬质铁素体相，导致脆化。硬相承受的应力会极大地影响强度。但是，由于软/硬相界面脱粘或硬相开裂，硬质组分通常会受到不相容的应力，最终导致断裂。

　　为研究奥氏体-马氏体双相钢的力学性能进行了室温拉伸试验，固溶处理（SS）和时效（AG0.5h）DP样品的工程应力-应变曲线如图2a所示。SS钢的屈服强度低(619MPa)，极限抗拉强度为1149MPa，均匀伸长率为9.7％。在500C下时效0.5小时后，屈服强度显着提高至高达1269MPa，同时均匀拉伸伸长率从9.7％增至19.2％。值得注意的是，简单的时效处理可同时提高强度和延展性，从而避免了强度-延性的权衡难题。与其他高性能材料相比，本工作双相钢具有较大的延展性，其具有相同强度水平的传统马氏体钢的三倍。并且，其强度远大于传统的双相钢和TRIP钢。

　　图2.固溶（SS）处理的钢和在500℃下0.5h时效钢（AG0.5h）的显微组织。（a）SS钢和（b）AG0.5h钢的EBSD相图，显示了这两种钢的骨架结构。（c）SS和（d）AG0.5h钢在低和高角度晶界的取向图。RD，滚动方向；ND，法线方向；TD，横向。

　　图4两种钢在拉伸试验前（SS和AG0.5h）和拉伸试验后（SS-AT和AG0.5h-AT）的选定X射线衍射（XRD）光谱。奥氏体含量证实了两种钢都发生了相变诱发塑性（TRIP）。

　　图6.时效前双相钢（SS钢）的形变机理和真实应力-应变曲线以及应变硬化率。（a）晶格应变对沿拉伸方向施加的应力的响应。（b）SS钢的真实应力-应变曲线与应变硬化率，表明均匀变形不断降低。

　　图7.具有沉淀强化马氏体的AG0.5h双相钢的变形机理。（a）AG0.5h钢沿拉伸方向的晶格应变对施加应力的响应，标记了三个变形阶段（弹性变形I，早期II和晚期III均匀变形）。AG0.5h钢的归一化衍射强度（b）和半峰全宽（FWHM）的演变（c）作为施加应力的函数。拉伸变形后AG0.5h钢中奥氏体的真实应力-应变曲线以及应变硬化率（d）和奥氏体平均核取向差（KAM）图（e）。

　　典型的富Cu和富NiAl的共析出相如图9所示。选择Cu（8at.％）和NiAl（15at.％）等值面的临界值以显现析出相。马氏体中CuNiAl共析出相的析出特征（如尺寸，数量密度，组成和形态）与类似的纳米析出强化铁素体钢相似，这表明在奥氏体-马氏体双相钢中的马氏体内可以成功地控制纳米级析出。在类似的纳米析出强化铁素体钢中，CuNiAl共析出相的强化机理适用于双相钢中的马氏体。因此，在时效处理0.5h后，大量的共析出相明显地强化了马氏体，形成了马氏体时效相。而时效处理时，奥氏体的强度保持不变。

　　图10.均匀变形后的AG0.5h钢的TEM显微照片和选区电子衍射图。马氏体与软奥氏体之间具有有利的K-S取向关系的相界有利于马氏体向奥氏体的形变转移以及位错（由红色箭头指示）从硬质马氏体中移出的调节，从而抑制了应力局部化并阻止裂纹萌生。

　　在500C时效0.5h时，高密度的Cu和NiAl纳米颗粒可以在马氏体相中析出，而在奥氏体相中则没有析出相，这是由于合金元素在FCC结构中的溶解度很高。通过在具有独特组织的双相钢中形成马氏体时效相来增强马氏体，可以有效地同时提高延展性和强度。