通过多相、多尺度的精细调控提高先进钢铁材料的性能长期以来都是学界和工业界共同关注的重要问题。其中，界面设计又是最有效且具有潜力的调控手段之一。最近，德国马普所的Raabe课题组，以Fe-11.7Mn-2.9Al-0.064C（wt.%）中Mn钢为研究对象，通过将材料在α+γ两相区退火后经不同速率冷却，制备得到了具有不同化学成分相界面的对比组样品，通过一系列的多尺度表征和力学性能测试，揭示了相界面处的化学偏聚对超细晶复相钢铁材料屈服的影响。

        材料所经热处理如图1所示。经空冷和水淬的两相区退火样品具有几乎相同的奥氏体体积分数（~58%）和晶粒尺寸，但由于空冷过程相对较慢，使碳有足够的时间进行扩散，因此α/γ相界面处的碳含量具有显著不同。三维原子探针实验结果证实了这一点（如图2所示）。这一结果一方面直观地展现了冷速对界面碳含量的调控作用，同时也表明，700℃下碳在α/γ相界面不发生偏聚；而低温下碳的界面偏聚可达到体成分的5倍左右。这对于合金元素对界面迁移影响的动力学模拟具有重要的参考价值。

        中Mn钢和Q&P钢同作为第三代先进高强度汽车用钢最主要的备选材料，目前Q&P钢已初步进入实用阶段，而中Mn钢则尚有一段距离。限制中Mn钢实用化的因素除工艺窗口窄、成本相对更高以外，也包括中Mn钢变形过程中的吕德斯带。因为这种不均匀变形会提高复杂构件成形的难度。研究结果表明，界面处的碳偏聚尽管使得材料的屈服强度发生了约100MPa的提高，但在屈服过程却导致了吕德斯带的产生（见图3），这表明了中Mn钢界面化学调控的必要性。

        此外，作者对中Mn钢这样的复相钢铁材料中的屈服机制、应力分配和协调、TRIP效应等进行了讨论。通过EBSD结合电子隧穿对比成像，证实了不同样品最初的塑性变形均是由α/γ界面处的位错扩展驱动的，即它们具有相同的变形机制，如图4和图5所示。作者认为，正是由于相界面处的碳偏聚提高了位错的形核势垒，导致了样品不同的屈服响应。

        总得来说，作者对不同冷却条件下中Mn钢相界面处的碳偏聚进行了细致的表征。加深了学界对于中Mn钢不连续屈服现象的理解，同时展现了相界面的化学偏析在复相细晶金属材料力学性能调控方面的巨大潜力。
 

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原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.007