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        中錳鋼由于其優良的強塑性匹配受到學術界和工業界的廣泛關注。中錳鋼通常由亞微米級晶粒尺寸的鐵素體和奧氏體兩相組成，在變形過程中，亞穩奧氏體轉變成馬氏體產生相變增塑效應，可同時提高材料的強度和塑性。但是，中錳鋼的缺點之一是在變形過程中通常會表現出局部變形現象，如呂德斯帶的形成，這種局部變形現象在冷軋退火的中錳鋼中尤其明顯。一方面，局部變形使材料在成形過程中表面質量變差；另一方面，由于中錳鋼的局部變形通常伴隨著局部的馬氏體轉變，且馬氏體具有非常高的氫脆敏感性，因此局部變形可能對中錳鋼的氫脆敏感性產生非常重要的影響。

        近日，清華大學 (通訊單位)、香港大學 (共同通訊單位) 和德國馬普所的研究人員利用不同冷軋壓下量的中錳鋼退火后具有不同局部變形程度的特點，研究了局部變形程度對冷軋中錳鋼氫脆敏感性的影響。在大的冷軋壓下量下，中錳鋼表現出非常嚴重的局部變形行為，其屈服平臺的長度達到12%；而當壓下量較小時，局部變形程度較輕，屈服平臺的長度只有~4%。在充氫的情況下，局部變形程度嚴重的材料表現出非常高的氫脆敏感性，甚至在呂德斯帶擴展的早期就發生了斷裂。進一步研究表明，局部變形程度越嚴重，在呂德斯帶掃過區域的局部應變量越大，其局部馬氏體轉變程度以及局部應力水平也越高，從而促使局部變形區域大量氫致裂紋產生并引發斷裂，導致材料在宏觀上表現出非常高的氫脆敏感性；而當局部變形程度較低時，呂德斯帶掃過區域的馬氏體轉變和應力水平不足以產生大量的氫致裂紋，在加工硬化階段，只有當應力水平和馬氏體轉變程度足夠大時才能促使氫致裂紋失穩擴展，因此氫脆敏感性較低。相關成果以“Critical role of Lüders banding in hydrogen embrittlement susceptibility of medium Mn steels”為題發表在期刊Scripta Materialia，文章第一作者為清華大學材料學院博士生張俊，通訊作者為清華大學材料學院陳浩副教授和香港大學黃明欣教授。

        對25%（R25A）和75%（R75A）冷軋壓下量的中錳鋼進行相同的奧氏體逆轉變熱處理，均得到奧氏體和鐵素體兩相組織。其中R25A組織主要以條狀為主，同時包含少量等軸狀組織，而R75A則主要為等軸狀組織。
 

        在不充氫情況下，兩者的屈服強度、抗拉強度和總延伸率相差不大，但R75A表現出非常嚴重的局部變形行為，其屈服平臺長度達到12%，而R25A的屈服平臺長度僅為4%左右。在充氫條件下，R25A的延伸率明顯高于R75A，其塑性損失百分比為45.7%，而R75A在呂德斯帶擴展早期就發生了斷裂，塑性損失百分比高達81.3%，表現出非常高的氫脆敏感性。

        將充氫樣品拉伸至呂德斯帶擴展階段，觀察到R75A呂德斯帶掃過區域產生了大量的裂紋，而R25A中只有非常少量的裂紋。進一步觀察發現，大部分氫致裂紋都起源于變形產生的馬氏體界面上，因此變形過程中發生的馬氏體轉變將促使氫致裂紋的形成。

        拉伸過程中局部應變測量結果表明，在呂德斯帶擴展階段，R75A樣品中呂德斯帶掃過區域的局部應變量為15.2%，明顯高于R25A的6%。大的局部應變量一方面導致其局部馬氏體轉變程度達到32.4%，明顯高于R25A的9.4%；另一方面，由于兩者在呂德斯帶擴展階段的工程應力水平相差不大，大的局部應變量導致R75A樣品呂德斯帶掃過區域的局部應力水平比R25A高出將近140 MPa。R75A樣品充氫時，在局部高應力水平和高的馬氏體轉變程度下，在呂德斯帶擴展至充氫區域時就產生了大量的氫致裂紋，促使樣品在局部變形區域發生斷裂，表現出非常高的氫脆敏感性。

        本工作設計出不同局部變形程度的中錳鋼，研究了他們的氫脆行為，進一步揭示了局部變形對中錳鋼氫脆敏感性的不利影響及其內在原因。相關結果表明，發展降低中錳鋼局部變形程度的方法能夠降低其氫致局部斷裂的風險。

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原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.08.025