清華大學Acta Mater.：先進高強鋼中殘余奧氏體的熱動力學設計

【引言】

開發具有優良強度和塑性匹配的先進高強度鋼(AHSSs)，對于汽車行業輕量化和提高車身安全性具有重要意義。在過去的幾十年中，為了同時提高強度和塑性，科研工作者們已經做了大量的工作來調控鋼的顯微組織，發現亞穩態殘余奧氏體（RA）對于先進高強鋼強度和塑性具有重要作用。通過引入亞穩殘留奧氏體相，科研人員開發出了具有高強塑性的第三代先進高強鋼，包括無碳化貝氏體鋼，中錳TRIP鋼和淬火-分配（Q＆P）鋼。最近，清華大學金屬材料研究人員深入研究相變和合金元素分配的熱力學/動力學，設計了TRIP和Q＆P鋼中殘余奧氏體的多相微觀結構。

【成果簡介】

近日，清華大學博士生代宗標 (第一作者)等人在Acta Mater.上發布了一篇關于先進高強鋼殘余奧氏體設計的文章，題為“Thermo-kinetic design of retained austenite in advanced high strength steels”。 基于合金元素界面配分行為對相變熱動力學的影響，作者建立了適用于AHSS微觀組織（特別是亞穩殘余奧氏體相）精確調控的熱動力學集成計算模型。該模型可以很好地預測合金成分和工藝參數對第一代相變誘發塑性（TRIP）鋼和第三代淬火-配分（Q&P）鋼的顯微組織的影響。

圖 先進高強鋼顯微組織調控摘要圖

【圖片導讀】

圖1 TRIP鋼和Q＆P鋼工藝過程及相變行為

(a) 冷軋TRIP鋼工藝及組織演化示意圖；

(b) 熱軋TRIP鋼工藝及組織演化示意圖；

(c) 冷軋Q＆P鋼工藝及組織演化示意圖。

圖2 等溫截面圖

(a) 鐵素體向奧氏體相變等溫截面圖；

(b) 奧氏體向鐵素體相變等溫截面圖；

(c) NPLE/PLE轉變相圖。

圖3 第一代先進高強度TRIP鋼顯微組織預測與實驗驗證

(a) 0.12C-1.2Mn-1.2Si冷軋TRIP鋼組織中各相體積分數計算與實驗對比；

(b) 0.2C-1.2Mn-1.2Si冷軋TRIP鋼組織中各相體積分數計算與實驗對比；

(c) 0.3C-1.2Mn-1.2Si冷軋TRIP鋼組織中各相體積分數計算與實驗對比；

(d) 0.4C-1.2Mn-1.2Si冷軋TRIP鋼組織中各相體積分數計算與實驗對比。

圖4第三代先進高強度Q&P鋼顯微組織預測與實驗驗證

(a-b) 0.2C-2.3Mn-1.4Si-0.2Cr Q&P鋼殘余奧氏體體積分數與碳濃度和淬火溫度關系；

(c) 0.2C-2.2Mn-1.5Si-0.2Cr Q&P鋼殘余奧氏體碳濃度和配分溫度關系；

(d-e) 0.2C-4.0Mn-1.6 Si-1.0Cr Q&P鋼殘余奧氏體體積分數與碳濃度和淬火溫度關系；

(f) 0.3C-4.0Mn-1.6Si-1.0Cr Q&P鋼殘余奧氏體體積分數和淬火溫度關系。

圖5 Q&P鋼中殘余奧氏體體積分數及其碳含量與淬火溫度和配分溫度的等值線圖

(a, b) 0.2C-1.5Mn-1.5Si Q&P鋼殘余奧氏體體積分數與碳濃度；

(c, d) 0.3C-1.5Mn-1.5Si Q&P鋼殘余奧氏體體積分數與碳濃度；

(e, f) 0.2C-3.0Mn-1.5Si Q&P鋼殘余奧氏體體積分數與碳濃度。

【小結】

在本工作中，作者提出了基于局部平衡理論的熱動力學集成計算模型，系統地探討了通過兩相區退火+等溫貝氏體相變（第一代TRIP鋼）工藝和淬火-配分工藝（第三代Q＆P鋼）生產的Fe-C-Mn-Si鋼顯微組織中亞穩奧氏體相與合金成分和工藝參數的關系。對于常規的低錳 TRIP和Q＆P鋼，通過淬火-配分工藝獲得的最大殘留奧氏體量與兩相區退火+等溫貝氏體相變工藝所得到的一致。同樣有趣的是，在兩相區退火+等溫貝氏體相變過程中殘余奧氏體的分數幾乎不依賴于兩相區退火溫度。該模型預測結果與一系列常規TRIP和Q＆P鋼的實驗結果非常吻合。此外，模型還預測出增加Mn含量（例如達到3wt％）并不是提高TRIP和Q＆P鋼中殘余奧氏體量的最佳方案，相反C含量的增加對奧氏體的保留有著顯著效果。

文獻鏈接：Thermo-kinetic design of retained austenite in advanced high strength steels (Acta Mater., 21 April, 2018 , DOI: 10.1016/j.actamat.2018.04.040)

本文由材料人編輯部金屬學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

材料人專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料人重磅推出材料計算解決方案，組建了一支來自全國知名高校老師及企業工程師的科技顧問團隊，專注于為大家解決各類計算模擬需求。如果您有需求，歡迎掃以下二維碼提交您的需求。或點擊鏈接提交，或直接聯系微信客服（微信號：iceshigu）