钢铁材料IF=26.6！清华大学最新力作
2020-11-14 来源： Goal Science
近几十年来，先进高强钢作为汽车车身的主要材料，受到了科研界和工业界的广泛关注。为了实现车身轻量化以减少能源消耗，更高的强度以及良好的塑性是科研人员一直追求的目标。众所周知，材料的力学性能与其微观组织密切相关，而钢中的多相组织主要通过固态相变进行调控，因此，深入理解钢中的相变理论对于后续组织设计以及性能优化有很大的帮助。
近日，清华大学材料学院陈浩副教授（通讯作者）联合荷兰代尔夫特理工大学Sybrand van der Zwaag教授和上海通用汽车全球研发中心卢琦研究员在材料科学与工程领域的顶级综述期刊Materials Science and Engineering R：Reports（IF=26.625）上发表了题为“Fundamentals and application of solid-state phase transformations for advanced high strength steels containing metastable retained austenite”的综述文章。本综述深入阐述了四种不同类型先进高强钢（TRIP钢、无碳化物贝氏体钢、Q&P钢和中锰钢）的热处理工艺及其相关的固态相变过程，主要聚焦于相变热力学和动力学特征对微观组织，特别是残余奥氏体形成的影响。本综述的第一作者为清华大学材料学院博士生代宗标。
图1 根据（a）性能和（b）组织特征对先进高强钢进行分类。IF：无间隙原子钢；HSLA：高强低合金钢；DP：双相钢；CP：复相钢；Mart：马氏体钢；TRIP：相变诱导塑性钢；TWIP：孪晶诱导塑性钢；CFB：无碳化物贝氏体钢；Q&P：淬火配分钢；Medium Mn：中锰钢。
图2 TRIP钢的热处理工艺图和（a, b）TRIP780钢的典型组织。其中，红色为残余奥氏体，黑色为马/奥岛，白色为铁素体/贝氏体。
图3 冷轧TRIP钢中相体积分数的预测值和实验值的比较。其中等温贝氏体相变温度为400℃，变量为临界退火（IA）温度。(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.
图4 CFB钢的热处理工艺图和（a, b）CFB钢的典型组织。
图5 （a）Fe-0.1C-3Mn钢在550℃下总能量耗散、由spike引起的耗散以及由于溶质拖曳效应造成的耗散随界面速率的变化；（b）两种不同界面速率下贝氏体型铁素体/奥氏体界面内部归一化后的Mn分布（C/C0），δ为界面厚度；（c）Fe-0.1C-3Mn钢在550℃下的化学驱动力和总耗散。PE：准平衡；NP：不配分；P：配分；f：贝氏体型铁素体的体积分数。
图6 Q&P钢的热处理工艺图以及（b）商业Q&P980和Q&P1180钢的典型组织。其中红色代表奥氏体。
图7 Q&P钢中残余奥氏体体积分数的模型预测值和实验值的比较。
图8 中锰钢的热处理工艺图和（a, b）中锰钢的典型组织。
图9 基于全平衡动力学和K-M方程计算得到的残余奥氏体体积分数随临界退火温度的变化
图10 0.2C-5Mn中锰钢在650℃下用动力学软件DICTRA模拟的奥氏体板条的长大（a）以及C（b）和Mn（c）的分布。
先进高强钢的力学性能不仅和基体有关，还与残余奥氏体的含量和稳定性有关。本综述总结了四种不同类型高强钢的化学成分、热处理工艺和微观组织之间的内在联系，强调了固态相变对调控残余奥氏体含量和稳定性的关键作用。本综述不仅有利于读者更容易地理解高强钢中的相变过程和相变理论，同时对先进高强钢的成分设计和工艺优化也有指导意义。
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