高强韧性含铌双相不锈钢的制备与机理研究：协同退火诱发的TRIP效应和TWIP效应

《Materials Chemistry and Physics》：Study on preparation and mechanism of high-strength-toughness niobium-containing duplex stainless steel: Synergistic annealing-induced TRIP and TWIP effects

本研究开发了新型铌系Mn-N节约型双相不锈钢（LDSS），通过重冷轧后热处理优化微观结构，在950℃时实现1GPa抗拉强度和70%总延伸率，其优异性能源于马氏体逆相变主导的剪切机制及奥氏体堆垛层错能（SFE）临界调控触发的TRIP与TWIP协同效应。

　　

王鹏程|刘磊|高永旭|刘曦晓|赵正志

北京科技大学钢铁技术协同创新中心，中国北京100083

摘要

为了开发出兼具优异强度-韧性平衡和成本效益的精益双相不锈钢（LDSS），研究人员设计了一种新型的低锰含铌LDSS合金（Fe-0.03C-21Cr-5Mn-0.3N-0.14Nb）。系统研究了该合金在重冷轧后进行退火过程中的微观结构演变和力学性能。优化后的退火工艺使合金的极限抗拉强度（UTS）达到约1 GPa，总延伸率（TE）达到约70%。机理分析表明，这种优异的性能源于独特的相变和再结晶行为。在奥氏体转变温度以上，马氏体向奥氏体的逆转变主要通过剪切机制进行，并伴随着沿轧制方向（RD）的异常热膨胀。退火过程中，再结晶表现出显著的相依赖性：堆垛错能（SFE）较高的铁素体在800°C时完成再结晶，而奥氏体由于堆垛错能较低而延迟至850°C才发生再结晶。应变硬化分析表明，剪切形成的片状奥氏体含有高密度的位错，这虽然增强了材料的稳定性，但抑制了变形诱导塑性（TRIP）效应。随着退火温度的升高，奥氏体发生恢复和再结晶，位错密度降低，TRIP效应重新激活，从而提高了加工硬化能力。关键在于，950°C下的退火使奥氏体的堆垛错能达到临界值，触发了TRIP效应和孪晶诱导塑性（TWIP）效应的协同作用，最终赋予了合金出色的力学性能。本研究为高性能精益双相不锈钢的设计提供了新的实验见解和理论指导。