導讀：熱壓成形(HPF)鋼作為汽車用增強件受到了廣泛的關注，在本研究中，設計Al-Si涂層結構通過提高H擴散率來改善可彎曲性。在Al-10%Si鍍液中浸泡和隨后的HPF工藝(930°C 6 min)產生了由Fe2Al5、FeAl和鐵素體層組成的33 μm厚的多層涂層結構。另一方面，隨著浸浴時間和溫度(950°C for 30 min)的增加，Al-Si黏附量的減少，形成了由FeAl和鐵素體層組成的30?m厚的體心立方(BCC)基涂層結構。bcc基晶體結構、FeAl層中Al含量的降低和鐵素體晶粒的粗化有效地提高了H擴散率，抑制了H誘導的降解。此外，軟化FeAl和厚鐵素體層通過允許彎曲變形的大應變適應，提高了彎曲性能。因此，本工作提出了一種優化的Al-Si涂層設計，以提高安全高性能高鐵鋼的抗彎性和抗h致退化性。

熱壓成形(HPF)是汽車工業中發展起來的一種輕質超高強度增強件制造技術。傳統的“22MnB5”HPF鋼通過奧氏體化、高溫壓成形、淬火等工藝制備，獲得了高強度馬氏體組織，拉伸強度等級達到1.5 GPa。彎曲性被認為是一個重要的標準，直接關系到板材成形性、延遲斷裂和碰撞沖擊性能，廣泛應用于這種千兆級HPF鋼的汽車應用。然而，高強度水平和具有高H擴散系數和缺陷密度的體心立方馬氏體(BCC)組織增加了對氫脆(HE)的敏感性，從而降低了材料的整體力學性能，包括彎曲性能。

為防止脫碳或表面氧化，HPF用冷軋鋼板一般鍍鋁硅或鋅。然而，涂層促進了高溫高鐵過程中H原子的吸收，使高鐵鋼易受高鐵的影響。例如，Al-Si涂層在900°C以上奧氏體化過程中是熔化的，爐內水分提供的H原子很容易通過熔化的Al-Si涂層進入鋼基體。這是由于H在熔融Al-Si涂層中的擴散系數遠大于固態Fe中的擴散系數，而H在Al-Si涂層中的溶解度要低得多。

在本研究中，韓國材料科學研究所通過對Al-Si涂層進行改性，通過提高H的擴散率來改善H從鋼基體向涂層的發射。通過控制涂層和熱處理條件來改變Al-Si涂層的組織和厚度。工業HPF條件下的Al-Si涂層形成了Fe2Al5、FeAl和α-Fe(Al,Si)鐵素體層的多重結構，而本文提出的條件導致了不含Fe2Al5的bcc基結構。對于每一層如何影響H擴散行為以及由此產生的HE和薄板彎曲性的研究尚未進行。其次，HE通常通過慢應變速率試驗或恒載試驗進行評價，但這些試驗不適用于要求較高應變速率和高度局部變形的汽車用高性能鋼板。我們的研究結果提出了一種優化的Al-Si涂層設計，可以提高安全高性能高鐵鋼的抗彎性和抗氫致退化性。相關研究成果以題“Effects of Al-Si coating structures on bendability and resistance to hydrogen embrittlement in 1.5-GPa-grade hot-press-forming steel”發表在金屬頂刊Acta Materialia上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421009393

圖1a-c為三種HPF (A93-T、A93-T和A95-T)鋼板表面積的光學顯微圖。A93-T、A93-T和A95-T板材的Al-Si涂層的平均厚度分別為33、18和30 μm，如藍色箭頭所示。圖1d-f和圖g-i分別為涂層/基片界面區域和基片內部區域的光學顯微圖。所有片材均由不含鐵素體的全馬氏體組成，不論界面或內部區域如何。測得的奧氏體晶粒尺寸(PAGS)顯示在每張顯微照片中。在標準偏差范圍內，所有板材的界面和內部區域的pags幾乎相同。A93-T薄片的平均PAGS(圖1d,g)與A93-T薄片的平均PAGS(圖1e,h)相似。然而，A95-T板材的平均PAGS約為20 μm(圖1f,i)，由于奧氏體化溫度較高(950℃)和時間較長(30 min)， A93-T或A93-T板材的PAGS明顯大于A93-T或A93-T板材。

圖1所示。A93-T, A93-T和A95-T鋼板的(a-c)表面，(d-f)涂層/基板界面和(g-i)內部基板區域的光學顯微圖。所有片材均由全馬氏體組成，在每張顯微圖中都顯示了測得的先前奧氏體晶粒尺寸(PAGS)。(對于圖中的顏色參考，讀者可參考本文的網絡版。)

圖2所示。(a) A93-T、(b) A93-T和(c) A95-T薄片的Al-Si涂層的EBSD圖像質量(IQ)、相位、反極圖(IPF)圖。A93-T涂層由Fe2Al5、FeAl和含Al-Si鐵素體(α-Fe(Al,Si))層組成，而A93-T和A95-T涂層由FeAl和鐵素體層組成。

圖3所示。(a) A93-T， (b) A93-T和(c) A95-T涂層的SEM背散射電子(BSE)圖像和能譜(EDS)沿黃線分布的Al、Fe和Si線。鐵素體層中含有大量的Al和Si，而基體中的Al和Si含量幾乎為零，說明鐵素體層被視為涂層的一部分，而不是基體的一部分。(本圖圖例中有關顏色的參考資料，讀者可參考本文的網絡版。)

圖4所示。(a) FeAl和鐵素體層的SEM圖像和(b)綠色FIB樣品區域的掃描透射電鏡(STEM)圖像。(c - e)表示由(c)至(e)標記的三種晶粒的選定區域衍射(SAD)模式。(為解釋此圖圖例中的顏色參考，讀者可參考本文的網絡版。)

圖5所示。(a,b) A93-T、(c) A93-T和(d) A95-T片充氫后的TDA曲線。第二條曲線以下的面積被認為是襯底內可擴散H的電荷量。隨著時間的延長，H在涂層中的解吸連續發生。

圖6所示。(a) A93-T、(b) A93-T、(c) A95-T板材根據充氫時間的負荷彎曲角曲線。在峰值載荷時的彎曲角度(峰值載荷角)被認為是主要的彎曲性能，用于評價板材的彎曲性或成形性，如虛線箭頭所示。(對于圖中的顏色參考，讀者可參考本文的網絡版。)

圖7所示。SEM顯微照片顯示了(a-e)非h荷電的A93-T板材和(g-i)非h荷電的A95-T板材在拉伸應變區域的順序開裂過程。(f)為裂紋面積隨彎曲角隨荷載-彎曲角曲線變化的函數。A93-T板材的4個彎曲階段不能定義在涂層較軟的A95-T板材中，因為在基體中很難形成v型裂紋。(對于圖中的顏色參考，讀者可參考本文的網絡版。)

圖8所示。(a-c) SEM顯微照片顯示了充氫后A93-T板材拉伸應變區域的順序開裂過程。第1階段v形裂紋在47°處形成，第2階段v形裂紋在50°處擴大，第3和第4階段v形裂紋在53°處開始剪切擴展直至最終破壞。(d)顯示了裂紋區域隨彎曲角度隨荷載-彎曲角度曲線的變化規律。

圖9所示。SEM顯微照片顯示了A95-T板材在充氫后(a-c)和(d-f)經過1天的拉伸應變區依次開裂的過程。

總之，本文通過控制Al-Si涂層組織，研究了Al-Si涂層組織對1.5- pa級HPF鋼板彎曲性能和HE的影響。通過斷續彎曲試驗研究了彎曲機理，并根據經過時間和H滲透試驗，用TDA分析了H的解吸行為。將彎曲機理、斷裂模式與H解吸行為關聯得出主要結論如下:常規HPF熱處理條件(A93-T: 930°C for 6 min)產生了由Fe2Al5、FeAl和鐵素體層組成的33-μm厚的多層膜結構。浸浴溫度和時間(A95-T: 950℃for 30 min)降低了Al-Si黏附量，抑制了Fe2Al5的形成，形成了由FeAl和鐵素體層組成的30 μm厚的bcc基涂層結構。