導(dǎo)讀：本文提出了一種用于生產(chǎn)中錳鋼的快速退火策略，該策略使我們能夠通過“爆炸性”奧氏體成核和快速碳分區(qū)有效地獲得MMS中的大量殘余奧氏體。此外，快速退火還可產(chǎn)生由再結(jié)晶/未再結(jié)晶鐵素體晶粒組成的異質(zhì)鐵素體基體，從而導(dǎo)致異質(zhì)形變引起的硬化。與常規(guī)ART處理的MMS相比，快速退火MMS中獨(dú)特的異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更高的屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度。

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSSs）已被廣泛用作汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料。中錳鋼（MMS）作為最有希望的第三代AHSS之一，在超細(xì)晶粒鐵素體基體中嵌入了大量的殘余奧氏體（RA） ，通過相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）達(dá)到了強(qiáng)度和延展性的極佳平衡。通常，MMS中的RA是通過所謂的奧氏體回復(fù)處理（ART）獲得的。ART需要長時間的臨界退火，以使奧氏體穩(wěn)定劑（例如C和Mn）在高溫下基本分配到奧氏體中，從而提高了奧氏體晶粒的熱穩(wěn)定性。與其他AHSS相比，MMS的屈服強(qiáng)度通常不是很高。

最近，閃蒸加熱（加熱速度100℃/秒）已被證明是對鋼晶粒細(xì)化的有效途徑，也適用于處理MMS。通過Flash-A RT處理開發(fā)了一種獨(dú)特的具有核殼結(jié)構(gòu)的組織。在急驟加熱期間形成了具有低Mn濃度的奧氏體核，而仍然需要在急速加熱后延長ART來形成富錳的殼層，以穩(wěn)定奧氏體核。閃蒸加熱在處理MMS中顯示出了巨大的潛力。但是，所有先前的研究仍然需要在急驟加熱之前或之后進(jìn)行長時間退火，以通過緩慢的Mn分配來穩(wěn)定奧氏體。還發(fā)現(xiàn)快速加熱在很大程度上抑制了變形基體的再結(jié)晶，從而導(dǎo)致了各種合金中具有軟疇和硬疇的部分再結(jié)晶的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種不均勻的微結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)優(yōu)異的強(qiáng)度-延展性的協(xié)同作用。

基于此，在這項研究中，清華大學(xué)陳浩教授團(tuán)隊報告了一種簡單有效的閃蒸退火策略來處理冷軋MMS。閃蒸退火使我們能夠在MMS中構(gòu)建由再結(jié)晶/再重結(jié)晶鐵素體基體組成的異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，這有助于通過HDI硬化顯著提高屈服強(qiáng)度。快速退火MMS中的RA主要是通過快速的碳分配而不是緩慢的Mn分配來穩(wěn)定的。與經(jīng)ART處理的MMS相比，快速退火MMS中獨(dú)特的異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和不穩(wěn)定的RA有助于提高TRIP效果和改善加工硬化性。相關(guān)研究成果以題“Flash annealing yields a strong and ductile medium Mn steel with heterogeneous microstructure”發(fā)表在Scripta materialia上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.113819

即使退火時間明顯縮短，F(xiàn)A樣品的RA含量（？29.6％）也比ART樣品（？23.0％）高。變形等缺陷的高密度保持于升高的溫度下，初始冷軋樣品中的滲碳體顆粒和鐵素體晶界也可以為奧氏體形成提供成核點。由于存在大量潛在的成核位點，因此用EBSD計算得出FA樣品中奧氏體晶粒的數(shù)量密度用奧氏體晶粒數(shù)除以總面積得出的結(jié)果約為8 * 10 12 / m 2，約為ART樣品的3倍。由于在FA中晶粒生長的時間減少，RA晶粒細(xì)化到？185nm（圖1（c 2）），這應(yīng)該對奧氏體晶粒的熱穩(wěn)定性有積極的影響。

圖1。（a）奧氏體回復(fù)處理（ART）和快速退火（FA ）的示意圖，（b 2）和（c 2 ）是EBSD相圖與圖像質(zhì)量圖的組合，其中RA和鐵氧體（α）分別標(biāo)為紅色和綠色。（c 3）和（c 4）是FA樣品中非REX和REX鐵氧體的唯一晶粒顏色圖，其中為每個晶粒分配了一種顏色。（c 3）和（c 4）中的插圖是相應(yīng)的晶粒尺寸分布。FA樣品中的非REX鐵氧體和REX鐵氧體的比例分別估計為？51.0％和？19.4％。在RD-ND平面上觀察到兩個樣品的微觀結(jié)構(gòu)。θ：滲碳體，γ：奧氏體，α：鐵素體。

圖2。用（ad）AES-EBSD和（eh）STEM-EDXS檢測的FA樣品中奧氏體晶粒中的元素分布。（a）帶有紅色標(biāo)記的RA的EBSD圖像質(zhì)量圖。（bd）在（a）中圈出的橫跨奧氏體晶粒的C或Mn輪廓，插圖顯示了奧氏體的二次電子像，箭頭指示了線掃描的路徑和方向。（e）STEM明亮圖像和（f）Mn的相應(yīng)元素映射。（g）STEM明亮圖像，以及（h）沿著（g）中的白色箭頭，穿過奧氏體晶粒的相應(yīng)的Mn和Al輪廓。選定區(qū)域電子衍射（SAED）圖案（1-3）對應(yīng)于（e，g）中的圓圈區(qū)域。（e，f）中的白色虛線表示奧氏體晶界。（例如）中的三角形表示滲碳體顆粒。根據(jù)（h），奧氏體晶粒中的Mn和Al的平均濃度分別為5.25重量％和1.80重量％。α：鐵素體，γ：奧氏體，θ：滲碳體。

圖3顯示了FA和ART樣品的機(jī)械性能。與ART樣品相比， FA樣品表現(xiàn)出高得多的屈服強(qiáng)度（YS），極限拉伸強(qiáng)度（UTS）和相似的均勻伸長率（UE）。

圖3。力學(xué)性能。（a）工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，（b）LUR真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以及（c）真實應(yīng)變增加的HDI應(yīng)力。（d）在拉力試驗中，通過Feritscope測量得到的RA轉(zhuǎn)化分?jǐn)?shù)的演變，以及（e）相應(yīng)的加工硬化率。

總之，閃蒸退火使我們能夠創(chuàng)建具有異質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的MMS，該結(jié)構(gòu)由足夠數(shù)量的亞穩(wěn)RA和未再結(jié)晶 /再結(jié)晶超細(xì)鐵素體基質(zhì)組成。與常規(guī)ART處理的MMS相比，在快速退火的MMS中強(qiáng)烈的TRIP效應(yīng)和HDI硬化有助于在高強(qiáng)度水平下實現(xiàn)明顯的加工硬化速率，從而導(dǎo)致YS和UTS大幅增加，而延展性損失可忽略不計。FA不僅提高了生產(chǎn)效率，而且開辟了一條新的途徑來定制AHSS的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。