在先进高强钢(Advanced High Strength Steel, AHSS)中，亚稳相残余奥氏体对综合力学性能的提升有着至关重要的作用。变形过程中，残余奥氏体在应力/应变作用下发生马氏体转变，为材料提供良好的加工硬化能力，即TRIP（TRansformation Induced Plasticity）效应。TRIP效应对力学性能的贡献与残余奥氏体含量和机械稳定性有着密切的关系。因此，通过热处理工艺，在尽量减少合金元素添加（材料素化）的情况下优化残余奥氏体的特性，对于工业生产和科学研究具有重大意义。

        淬火-配分（Quenching-Partitioning，QP）工艺自提出以来就受到了工业界和科研人员的高度重视。为了使材料在较高的应变下仍具有高加工硬化率，从而获得高塑性，研究人员不断创新热处理工艺，希望能进一步提高残余奥氏体含量及其机械稳定性。然而，传统的QP工艺，Mn元素很难配分到奥氏体中，这“白白浪费”了其作为奥氏体稳定化元素的角色。

        那如何能充分利用Mn元素的作用，进一步提高材料中残余奥氏体的含量和机械稳定性呢？

        近日，韩国浦项科技大学的Dong-Woo Suh教授团队在中锰钢体系（Fe-0.28C-5.7Mn-1.5Si）中提出了一种新型的QP工艺（heterogeneous Q&P），在保持基体成分不变的情况下，同时提高了残余奥氏体的含量和机械稳定性，力学性能也得到了大幅度的提升，相关成果发表在期刊Materialia上，题目为“Quenching and partitioning (Q&P) processed medium Mn steel starting from heterogeneous microstructure”。传统QP工艺的前处理为完全奥氏体化（900℃/10min），Mn元素在基体中为均匀分布。在新型QP工艺中，研究人员先将材料在两相区退火（670℃/30min），形成贫Mn铁素体+富Mn奥氏体的双相组织，然后快速加热到单相区进行超短时间奥氏体化（900℃/1s），保留奥氏体中的化学界面（元素的不均匀分布），最后进行淬火配分处理。淬火温度（TQ）为25℃~140℃，配分工艺为450℃/10min。此工作和清华大学提出的化学界面工程（Chemical Boundary Engineering, CBE）理念和工艺有异曲同工之妙（清华大学最新研究：金属强化新突破——揭秘CBE强化机理）。研究发现，以Mn不均匀分布的奥氏体作为初始组织，QP处理后的样品，即使淬火到室温，最终也能得到~20%残余奥氏体。和相似奥氏体体积分数的传统QP样品（淬火温度80℃）相比，屈服强度提高了~300MPa，抗拉强度相当，延伸率提高了~6%。  

        传统QP工艺淬火温度为80℃时得到的残余奥氏体体积分数和新型QP工艺淬火温度20℃时相当（0.22~0.23），如图1（b）和（c）所示。第一次淬火过程中，新型QP工艺处理的样品表现出两次马氏体转变，如图1（c）所示，这和淬火之前奥氏体中Mn的不均匀分布有关。贫Mn的奥氏体先发生马氏体转变（245℃），随后富Mn的奥氏体发生马氏体转变（118℃）。新型QP工艺得到的残余奥氏体的体积分数远远高于传统QP工艺处理的样品。

        传统QP钢中，奥氏体和马氏体之间Mn元素均匀分布；而新型QP钢中，奥氏体和马氏体之间存在Mn元素的“配分”。

        在奥氏体体积分数相似的情况下，新型QP钢中的奥氏体机械稳定性更高，屈服强度和延伸率得到了较大幅度的提升。

        通过对变形组织的TEM表征发现，新型QP钢中的奥氏体在变形过程中表现出TRIP和TWIP效应的双重强化，对材料的力学性能有极大贡献。

        本文利用快速加热技术，在奥氏体中引入化学界面，影响后续的马氏体相变行为。不均匀Mn元素分布优化了QP中锰钢组织，极大地提升了残余奥氏体体积分数及其机械稳定性。同时，变形过程中奥氏体相表现出来的TRIP和TWIP效应的双重强化，有益于力学性能的进一步提升！快速加热能“魔力”般地改变材料的组织，相信在未来大有可为！

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原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589152920301745