鋼鐵材料IF=26.6！清華大學最新力作
2020-11-14 來源： Goal Science
近幾十年來，先進高強鋼作為汽車車身的主要材料，受到了科研界和工業界的廣泛關注。為了實現車身輕量化以減少能源消耗，更高的強度以及良好的塑性是科研人員一直追求的目標。眾所周知，材料的力學性能與其微觀組織密切相關，而鋼中的多相組織主要通過固態相變進行調控，因此，深入理解鋼中的相變理論對于后續組織設計以及性能優化有很大的幫助。
近日，清華大學材料學院陳浩副教授（通訊作者）聯合荷蘭代爾夫特理工大學Sybrand van der Zwaag教授和上海通用汽車全球研發中心盧琦研究員在材料科學與工程領域的頂級綜述期刊Materials Science and Engineering R：Reports（IF=26.625）上發表了題為“Fundamentals and application of solid-state phase transformations for advanced high strength steels containing metastable retained austenite”的綜述文章。本綜述深入闡述了四種不同類型先進高強鋼（TRIP鋼、無碳化物貝氏體鋼、Q&P鋼和中錳鋼）的熱處理工藝及其相關的固態相變過程，主要聚焦于相變熱力學和動力學特征對微觀組織，特別是殘余奧氏體形成的影響。本綜述的第一作者為清華大學材料學院博士生代宗標。
圖1 根據（a）性能和（b）組織特征對先進高強鋼進行分類。IF：無間隙原子鋼；HSLA：高強低合金鋼；DP：雙相鋼；CP：復相鋼；Mart：馬氏體鋼；TRIP：相變誘導塑性鋼；TWIP：孿晶誘導塑性鋼；CFB：無碳化物貝氏體鋼；Q&P：淬火配分鋼；Medium Mn：中錳鋼。
圖2 TRIP鋼的熱處理工藝圖和（a, b）TRIP780鋼的典型組織。其中，紅色為殘余奧氏體，黑色為馬/奧島，白色為鐵素體/貝氏體。
圖3 冷軋TRIP鋼中相體積分數的預測值和實驗值的比較。其中等溫貝氏體相變溫度為400℃，變量為臨界退火（IA）溫度。(a) Fe-0.12C-1.2Mn-1.2Si; (b) Fe-0.2C-1.2Mn-1.2Si; (c) Fe-0.3C-1.2Mn-1.2Si; (d) Fe-0.4C-1.2Mn-1.2Si.
圖4 CFB鋼的熱處理工藝圖和（a, b）CFB鋼的典型組織。
圖5 （a）Fe-0.1C-3Mn鋼在550℃下總能量耗散、由spike引起的耗散以及由于溶質拖曳效應造成的耗散隨界面速率的變化；（b）兩種不同界面速率下貝氏體型鐵素體/奧氏體界面內部歸一化后的Mn分布（C/C0），δ為界面厚度；（c）Fe-0.1C-3Mn鋼在550℃下的化學驅動力和總耗散。PE：準平衡；NP：不配分；P：配分；f：貝氏體型鐵素體的體積分數。
圖6 Q&P鋼的熱處理工藝圖以及（b）商業Q&P980和Q&P1180鋼的典型組織。其中紅色代表奧氏體。
圖7 Q&P鋼中殘余奧氏體體積分數的模型預測值和實驗值的比較。
圖8 中錳鋼的熱處理工藝圖和（a, b）中錳鋼的典型組織。
圖9 基于全平衡動力學和K-M方程計算得到的殘余奧氏體體積分數隨臨界退火溫度的變化
圖10 0.2C-5Mn中錳鋼在650℃下用動力學軟件DICTRA模擬的奧氏體板條的長大（a）以及C（b）和Mn（c）的分布。
先進高強鋼的力學性能不僅和基體有關，還與殘余奧氏體的含量和穩定性有關。本綜述總結了四種不同類型高強鋼的化學成分、熱處理工藝和微觀組織之間的內在聯系，強調了固態相變對調控殘余奧氏體含量和穩定性的關鍵作用。本綜述不僅有利于讀者更容易地理解高強鋼中的相變過程和相變理論，同時對先進高強鋼的成分設計和工藝優化也有指導意義。
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