相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）通常會(huì)增大加工硬化速率，而本文在1500MPa級(jí)鋼中發(fā)現(xiàn)了反常的TRIP現(xiàn)象，雖然高應(yīng)變速率條件下觀察到許多殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，但是加工硬化速率并沒有明顯增大。主要原因是高應(yīng)變速率下馬氏體中位錯(cuò)密度下降和轉(zhuǎn)變而來的馬氏體發(fā)生了塑性變形。

第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼中，Q&P鋼由于相變誘導(dǎo)塑性（TRIP效應(yīng)）而具有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性，在汽車行業(yè)主要應(yīng)用于抗碰撞部件。目前關(guān)于動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)下應(yīng)變硬化效應(yīng)的研究主要集中于強(qiáng)度低于1000MPa的不銹鋼和先進(jìn)高強(qiáng)鋼中。而在汽車輕量化大背景下，1500MPa先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用開發(fā)已是大勢(shì)所趨。文獻(xiàn)報(bào)道的TRIP效應(yīng)通常在拉伸過程中逐步增大加工硬化速率，而本研究在1500MPa級(jí)Q&P鋼中發(fā)現(xiàn)了反常的TRIP效應(yīng)。相關(guān)論文以題為“Abnormal TRIP effect on the work hardening behavior of a quenching and partitioning steel at high strain rate”發(fā)表在金屬材料領(lǐng)域頂刊Acta Materialia。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.02.035

研究人員以1500MPa級(jí)別Q&P鋼為原材料，主要成分為Fe-0.3C-3Mn-1.5Si(wt.%)。采用霍普金森拉桿研究了高應(yīng)變速率1000 s-1條件下QP1500鋼的微觀組織演變。采用XRD測(cè)量馬氏體和殘余奧氏體中位錯(cuò)密度的變化，結(jié)合EBSD分析應(yīng)變誘導(dǎo)相變過程中的相變和變形行為，分析了殘余奧氏體量的變化與應(yīng)力應(yīng)變和位錯(cuò)密度的關(guān)系。結(jié)果表明，在應(yīng)變速率為1000s-1時(shí)，雖然觀察到許多殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，但是加工硬化速率并沒有明顯增大。

通過組織性能的深入分析，發(fā)現(xiàn)馬氏體與殘余奧氏體錯(cuò)密度的變化主要依賴于應(yīng)變速率。應(yīng)變小于0.04，應(yīng)變速率為1000s-1的馬氏體位錯(cuò)密度小于應(yīng)變速率為0.001s-1的，這不同于傳統(tǒng)單相鋼中位錯(cuò)密度隨著應(yīng)變速率增大而增大的規(guī)律，這就導(dǎo)致了高應(yīng)變速率條件下加工硬化行為的減弱。此外，細(xì)小的奧氏體晶粒在塑性變形中也起著重要作用，最終變形的進(jìn)行，基體馬氏體和奧氏體相之間的強(qiáng)度差異逐漸減小，當(dāng)殘余奧氏體消耗殆盡時(shí)，轉(zhuǎn)變而成的馬氏體在1000s-1條件下會(huì)發(fā)生塑性變形，這樣沒有了復(fù)合變形行為（轉(zhuǎn)變而來的硬相馬氏體發(fā)生彈性變形，軟相基體馬氏體發(fā)生塑性變形），相應(yīng)的加工硬化行為也會(huì)減小。

圖1(a) 1000 s-1.分段式拉伸實(shí)驗(yàn)的真應(yīng)力應(yīng)變曲線(b) 0.001s-1 和 1000 s -1 條件下殘余奧氏體的體積含量變化

圖2 EBSD相分布圖(紅色-馬氏體，藍(lán)色-殘余奧氏體)(a)原始相分布(b)-(d) 應(yīng)變速率0.001s-1不同應(yīng)變量下的殘余奧氏體量變化(e) -(g) 應(yīng)變速率1000s-1不同應(yīng)變量下的殘余奧氏體量變化

圖3馬氏體和殘余奧氏體中應(yīng)變速率0.001s-1 和 1000 s -1位錯(cuò)密度的變化

圖4  0.04應(yīng)變量下殘余奧氏體BC、IPF圖和Mn元素分布圖；(a)-(b)應(yīng)變速率0.001s-1 和 (c)-(d)1000 s -1；虛線畫出部分為應(yīng)變誘發(fā)馬氏體

圖5  0.04變形量下應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的KAM圖(a)應(yīng)變速率0.001s-1和(b)1000s-1

圖6  (a)TEM觀察馬氏體、殘余奧氏體形貌(b)馬氏體與殘余奧氏體的K-S關(guān)系(c)應(yīng)變誘發(fā)馬氏體位錯(cuò)M圖(d)原基體馬氏體位錯(cuò)TEM圖

總的來說，1500MPa級(jí)Q&P鋼在高應(yīng)變速率下出現(xiàn)了反常TRIP效應(yīng)，主要是高應(yīng)變速率下馬氏體中位錯(cuò)密度下降和轉(zhuǎn)變而來的馬氏體發(fā)生了塑性變形導(dǎo)致的。