金屬材料的加工硬化能力和塑性通常隨強度提高而下降。隨著SFE降低，面心立方 (FCC) 結構合金在變形過程中發生的形變誘發孿生和馬氏體相變，能夠有效提高加工硬化能力，抑制應變局部化。本文提出一種利用沉淀相析出調節基體全局層錯能的方法，設計了層錯能在孿生和相變臨界范圍的含V元素高錳奧氏體鋼，利用碳化物析出降低基體全局碳含量和層錯能，在拉伸變形過程中獲得了更細小的形變孿晶，引入了六方面馬氏體，有效提高了合金加工硬化率，實現了沉淀強化態優異的強塑性配合。高錳奧氏體鋼是極具潛力的高強度無磁性結構材料，基于該方法設計的高錳奧氏體鋼具有高強度、高塑性、無磁性、易焊接等優勢，在大型電力設備、大型科學裝置、強磁場環境等領域具有廣闊應用前景。

(1) 提出一種利用沉淀相析出調節基體成分和層錯能的方法，在沉淀強化的同時提高合金的加工硬化能力；

(2) 設計了一種層錯能在相變和孿生臨界范圍的含V元素的高錳鋼，利用碳化物析出降低基體碳含量和層錯能，在拉伸變形過程獲得了更細小的變形孿晶，引入了形變誘發六方馬氏體，提高了沉淀強化合金的加工硬化能力；

(3) 系統表征和測量了合金層錯能、孿晶特征和相變行為隨沉淀相析出的變化過程。

圖 1 WQ（固溶態）、Aged15（峰時效）和Aged60（過時效）三種狀態高錳鋼的XRD譜，拉伸變形前均為單相奧氏體組織。

圖 2 (a–c) 分別為WQ、Aged15和Aged60三種狀態的EBSD-IPF圖，拉伸變形前三種狀態具有相近的晶粒尺寸。

圖 3 WQ、Aged15和Aged60的室溫工程應力應變曲線 (a) 和真應力應變曲線 (b)。

圖 4 WQ-T、Aged15-T和Aged60-T三種狀態拉伸變形后的XRD譜，WQ和Aged15在拉伸變形后依然為單相奧氏體，Aged60樣品拉伸后中存在體積分數約14%的六方馬氏體。

圖 5 WQ-T樣品中典型的變形結構：(a) TEM-BF圖像；(b) 為 (a) 對應的SAED譜；(c, d) 為典型變形孿晶結構的HRTEM圖像。固溶態樣品拉伸變形后產生大量變形孿晶結構。

圖 6 Aged15-T樣品中的典型變形結構：(a) TEM明場像和SAED譜；(b) 圖(a)中選框位置的HADDF像及對應的EDS-mapping結果(b₁–b₄)；(c-f) 變形孿晶以及V₄C₃析出相的HRTEM像。峰時效樣品拉伸變形后同樣產生了大量的變形孿晶結構。基體中觀察到了V₄C₃沉淀相，與基體具有相同的FCC晶體結構類型，并且與基體保持共格關系。

圖 7 Aged60-T樣品的典型變形結構：(a) TEM明場像；(b) ε馬氏體的HRTEM像；(c–e) V₄C₃的HRTEM像；(f) 基于(c) 的基體與V₄C₃的FFT示意圖。碳化物重復析出的Aged60樣品拉伸變形結構中除發現了大量變形孿晶外，還發現具有密排六方結構的ε馬氏體，與圖4中XRD結果一致。

圖 8 (a₁–c₁) 分別為三種狀態樣品拉伸后變形孿晶結構的TEM明場像，(a₂–c₂) 為對應的孿晶層片厚度統計結果。隨著時效時間延長和沉淀相析出進行，基體中的孿晶層片厚度明顯減小。

圖9 WQ、Aged15和Aged60三者的SFE計算結果。V₄C₃的析出消耗了基體中固溶碳的含量，導致基體的層錯能下降。當基體的SFE設計在孿生變形和六方馬氏體相變的臨界范圍內時，層錯能的下降能夠明顯控制變形孿晶厚度減小，甚至誘發ε馬氏體相變，在沉淀強化的基礎上顯著提高合金的加工硬化能力并保持優異的塑性。

本研究提出了一種使用高密度沉淀相析出調節基體層錯能和變形機制的方法，基于此思想設計了具有臨界層錯能的高錳奧氏體鋼，通過析出V的碳化物調節全局層錯能和變形機制，并提高其綜合強塑性。這種利用沉淀相析出調節基體層錯能的方法可用在利用沉淀強化的同時，抑制了沉淀相析出可能帶來的持續加工硬化能力下降，在同類金屬材料中具有廣泛適用性。高錳奧氏體鋼是極具潛力的高強度無磁性結構材料，基于該方法設計的高錳奧氏體鋼具有高強度、高塑性、無磁性、易焊接等優勢，在大型電力設備、大型科學裝置、強磁場環境等領域具有廣闊應用前景。

孫利昕（通訊作者）：哈爾濱工程大學副教授，主要研究方向為納米結構高性能金屬材料及其在船舶和核工程中的應用、基于透射電子顯微學和中子衍射的金屬變形行為研究、高性能電磁功能性金屬材料研究等，主持國家自然基金面上項目、中核集團青年英才項目等8項，作為技術負責人參與國家重點研發項目2項。在Journal of Materials Science & Technology, Scripta Materialia, International Journal of Plasticity等國際期刊發表論文30余篇。

張中武（通訊作者）：哈爾濱工程大學教授，黑龍江省“龍江學者”講座教授，黑龍江省杰出青年基金獲得者。主要研究方向為納米相強化技術及其在高性能船舶與核用金屬材料中的應用、中子散射技術及其在金屬材料中的應用、高強度高韌性易焊接船用鋼、定向再結晶技術、超彈性高阻尼合金等。主持國家重點研發計劃項目2項，主持國家自然科學基金項目葉企孫基金重點項目、面上項目、工信部項目、產學研項目等40余項。在Journal of Materials Science & Technology、Science Advances、Advanced Science等國際期刊發表論文130余篇。獲得黑龍江省科技進步一等獎1項、專利銀獎1項，中國造船工程學會技術發明二等獎1項、中國產學研合作創新成果二等獎1項，中國船舶與海洋工程行業優秀專利獎1項等多項科技榮譽。