【摘 要】
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为了实现节能减排、减轻环境污染，以中锰钢为代表的第三代先进高强钢受到工业和学术界的广泛关注。本文主要从合金成分设计和热处理工艺出发,对含Cu-Ni中锰钢中逆相变奥氏体和纳米Cu析出进行精细调控,重点讨论了逆相变奥氏体的形核特征、合金元素配分行为以及Cu析出在铁素体-奥氏体双相组织中的演变机理,通过TRIP效应和析出强化的协同作用提高中锰钢的强度和塑性。研究发现,原奥氏体晶粒尺寸对淬火马氏体的组织特
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为了实现节能减排、减轻环境污染，以中锰钢为代表的第三代先进高强钢受到工业和学术界的广泛关注。本文主要从合金成分设计和热处理工艺出发,对含Cu-Ni中锰钢中逆相变奥氏体和纳米Cu析出进行精细调控,重点讨论了逆相变奥氏体的形核特征、合金元素配分行为以及Cu析出在铁素体-奥氏体双相组织中的演变机理,通过TRIP效应和析出强化的协同作用提高中锰钢的强度和塑性。研究发现,原奥氏体晶粒尺寸对淬火马氏体的组织特征具有显著影响。随着原奥氏体晶粒尺寸增大,淬火马氏体原奥晶界密度逐渐降低,block界面密度逐渐升高,同时原奥晶粒内包含的packet和变体数量逐渐增加。淬火马氏体组织由KAM值较低的粗大block和KAM值较高的细小block组成,随着原奥晶粒尺寸增加,粗大block和细小block的尺寸差异逐渐增大。经过临界退火处理,逆相变奥氏体均倾向于在界面处形核,即在原奥晶界、大角度和小角度packet界、block界以及sub-block界面处均可形核,但在无界面区域（变体内部）形核较少。这使得奥氏体形核表现出分布不均的情况,即粗大block区域奥氏体形核较少,细小block区域奥氏体形核较多。通过调节临界退火及回火工艺,在不同稳定性的残余奥氏体界面附近构建合金元素富集层,实现奥氏体内合金元素的非均匀分布。研究发现,第一步临界退火后,奥氏体中合金元素分布较为均匀,在退火工艺后添加回火工艺,可以在奥氏体内邻近界面处构建Mn和Ni的元素富集层,实现合金元素在奥氏体心部低、界面高的梯度分布。当退火温度较低时,残余奥氏体较为稳定,在变形过程中不发生TRIP效应,此时元素富集层对其力学性能影响较小。而当退火温度较高时,残余奥氏体呈亚稳态,在变形过程中会持续发生TRIP效应,而回火形成的合金元素富集层可以显著推迟TRIP效应的发生,极大提高残余奥氏体稳定性以及材料塑性。通过对临界退火期间Cu析出在双相组织中的演变行为进行研究,发现在升温过程中,绝大部分Cu析出都已在临界铁素体（或回火马氏体）中形成。在保温过程中,临界铁素体中的Cu析出先部分溶解,剩余析出发生粗化。关于相界面迁移和混溶间隙的计算结果表明,在保温过程中奥氏体内没有新的Cu析出形核,但部分临界铁素体中的Cu析出会随着铁素体/奥氏体界面迁移进入到逆相变奥氏体中。这部分Cu析出一旦被奥氏体包裹会立即开始溶解,但溶解动力学较为缓慢。Cu析出在两相中不同的演变行为使得680℃退火60 min后奥氏体内部的Cu析出呈现不均匀分布状态,在奥氏体界面区域Cu析出的尺寸和体积分数较大,而在心部区域则与之相反。在变形过程中,临界铁素体中的Cu带来显著的强化效果,而奥氏体中的Cu析出凭借极慢的溶解速率延缓了强度下降。
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