導讀：本文提出了一種涉及溫軋和低溫退火的微觀組織設計的新理念，以大幅度提高中錳鋼的強韌性組合。第一微帶和第二變形孿晶誘發了獨特的相變誘發塑性,顯著提高了塑性,非再結晶奧氏體晶粒中合理的位錯密度使屈服強度大幅度提高。通過模型的構建論了固溶強化、晶界強化、V-析出相強化和位錯強化對屈服強度的個體貢獻,其中纏結位錯起主導作用。獲得了屈服強度（1239MPa）、極限抗拉強度（1341MPa）、總伸長率（41.8%）和強度與伸長率乘積（56.1GPa·%）的最佳強度-塑性組合，中猛鋼相當并優于已報道的中錳鋼。

中錳鋼 (5-12 wt.% Mn) 因其強度和延展性的完美組合，被認為是第三代先進高強度鋼 (AHSS) 的潛在候選者。通過優化具有合理穩定性的殘余奧氏體(RA)分數，中錳鋼可以實現具有吸引力的強度和延伸率乘積 (PSE，通常高達 30-70 GPa%)。孫等人研究了一種10.12Mn-0.31C-3.81Al-0.56Si鋼，由于相變誘發塑性（TRIP）效應和孿晶誘發塑性（TWIP）的激活，YS=620MPa、UTS=1048MPa和TE=63%的平衡良好) 變形過程中的影響。然而，TWIP/TRIP 中錳鋼的屈服強度相對較低（550-850MPa），這點可以歸因于鐵素體和奧氏體等軟相。由于添加了奧氏體穩定化元素，很難通過簡單的淬火獲得硬馬氏體來提高Q&P鋼的屈服強度。胡等人發現添加 0.7wt.% V 有助于形成密集的納米級V-碳化物，增強了對位錯滑動的抵抗力，然后提高了屈服強度。Fan 及其同事報道了一種基于物理理論和機理的梯度微觀結構數值模型，將屈服強度等級從 300MPa 提高到 1000MPa。

然而，復雜的工藝或高合金添加顯著增加了制造成本和難度，當晶粒尺寸減小時，TRIP/TWIP 效應會受到限制。位錯強化是改善工程合金性能的另一種方法。有研究者指出精細的位錯結構由高位錯密度壁以及平面滑動配置形成的可以顯著提高強度。但過高的位錯密度會使奧氏體晶粒過度穩定，甚至抑制 TRIP 和 TWIP 效應，導致延展性下降。如何在超高屈服強度水平下獲得更好的延展性，即克服傳統制造工藝中的強度-延展性權衡，已成為一個問題。

因此，東北大學軋制與自動化國家重點實驗室許云波教授團隊進行了深入探索，提出了一種涉及溫軋和低溫退火的新策略，以獲得具有薄微帶和纏結位錯的未再結晶奧氏體，旨在實現1239MPa的屈服強度-1341MPa的抗拉強度-41.8的伸長率的最佳組合。此外，還強調了微帶對多級 TRIP 效應的關鍵作用，并且特別關注位錯強化機制對屈服強度的貢獻。相關研究成果以題為“Improving yield strength and elongation combination by tailoring austenite characteristics and deformation mechanism in medium Mn steel”發表在材料學頂刊Scripta Materialia上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.114790

圖1（a）顯示了現有鋼材的工程應力-應變曲線。WR600 具有優異的力學性能，UTS 為 1341 MPa，YS 為 1239 MPa，TE 為 41.8%，PSE 為 56.1 GPa·%，表現出擴展的屈服平臺。WR725 樣品的 YS 為 585 MPa，UTS 為 975 MPa，TE 為 48.2%，CR600 具有 1617MPa 的高強度，但延伸率為 6.6%。圖1 （b）顯示了加工硬化率（WH）曲線以及奧氏體分數的變化。CR600在拉伸變形過程中奧氏體分數從31.3%下降到30.1%，表明幾乎沒有奧氏體晶粒轉變為馬氏體。隨著應變的增加，WR600和WR725的加工硬化率在2000MPa左右波動，沒有明顯下降。它們可以分為兩個階段。在第一階段（0-0.09應變），WR600的奧氏體分數從80.3%下降到69.7%，WH呈現鋸齒狀行為，尤其是在變形的初始階段，表明在屈服高原有明顯的TRIP轉變。然而，WR725的WH在0.26應變下呈現平穩且緩慢的單調下降，只有9.3%的奧氏體轉變，這表明該階段TRIP效應不活躍。WR600 和 WR725 的 WH 曲線在第二階段都表現出明顯的鋸齒狀行為，這可能與 DSA 和 TRIP 效應有關。圖 1（c）總結了參考文獻中報道的 AHSS 的總伸長率和屈服強度。與現在的鋼相比（用紅星標記）。中錳 TRIP 鋼具有較高的延伸率，但屈服強度相對較低。TWIP/TRIP鋼和馬氏體鋼具有較高的屈服強度，延伸率低于20%。盡管 WR600 具有不連續屈服和 Lüders 應變，但WR600的超高屈服強度和增強的延展性使其在 YS-TE 圖中占據突出地位。

圖 1。(a) 本鋼材的工程應變-應力曲線；(b) 作為真應變函數的加工硬化率和奧氏體分數的變化；(c) 目前 TWIP/TRIP 中錳鋼與參考文獻中的 AHSS 之間的 TE-YS 數據比較。

圖 2。(a) CR600、(b) WR600、(c) WR725 的SEM圖像；(d)CR600中奧氏體的核平均取向錯誤 (KAM) 圖；(e) CR600 中奧氏體的逆極圖 (IPF) 圖；(f) WR600 中奧氏體的 KAM 圖；(g) WR600 中奧氏體的 IPF 圖；CR600和WR600中EBSD分析（FCC）的置信度指數分別為0.80和1.06。(h) V-析出物的平衡相圖和堆垛層錯能的計算結果；(i) CR600 奧氏體晶粒中的位錯單元結構；(j) WR600 奧氏體晶粒中的微帶和位錯；(k) V-沉淀物的 TEM 圖像和 EDS 分析結果。

圖 3。WR600樣品在（a）和（b）0.09不同真應變下的明暗場分析；(c) 和 (d) 0.24；(e) 和 (f) 0.34；(g) 0 不同真應變下WR725樣品的TEM分析；(h) 0.09；㈠ 0.26；(j) 斷裂。

圖 4。多種強化機制對屈服強度的單獨貢獻。(a) 修改后的威廉姆森-霍爾散點圖；(b) 樣品的計算和實驗屈服強度。

總之，本文提出了一種涉及溫軋和低溫退火的新加工策略，以調整奧氏體特性并確保TWIP/TRIP 中錳鋼具有優異的機械性能。由于SFE的控制，在WR樣品中獲得了高比例的具有特定微帶和合理位錯密度的奧氏體。未再結晶奧氏體晶粒和變形孿晶中的微帶觸發獨特的兩階段TRIP變形機制，首先是由微帶引起的正TRIP效應，其次是TWIP輔助的TRIP效應，這對提高延展性起著重要作用在 WR 樣本中。同時，本構計算和實驗結果表明，WR600中合理的位錯密度不僅對超高屈服強度有顯著貢獻，而且促進了多階段TRIP效應的發生。與 CR 樣品相比，WR 樣品獲得了優異的強度-延展性平衡：YS、UTS、TE 和 PSE 值分別為 1239MPa、1341MPa，41.8% 和 56.1GPa·%，在 YS 中處于突出地位。