化学异质性调控贝氏体相变行为与强韧化机理研究

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：A Novel Strategy to Tune Bainitic Transformation Behavior, Microstructure, and Mechanical Properties in Ultrafine Bainitic Steel

本研究针对低碳超细贝氏体钢，创新性地采用成分偏聚珠光体作为初始组织，结合快速加热与等温淬火工艺，成功构建了化学异质性贝氏体。结果表明：通过快速加热保留的Mn/Cr分区奥氏体显著加速贝氏体相变动力学，其机理在于贫Mn/Cr区相变驱动力增大、形核活化能降低，以及化学异质结构促进碳扩散。最终获得具有珠光体状形貌的贝氏体，包含贝氏体铁素体板条和薄膜状残余奥氏体。该结构使屈服强度提升约180 MPa，并通过提高薄膜状残余奥氏体比例改善局部成形性，为开发短流程高强度韧钢提供理论指导。

　　

科研人员提出了一种创新策略，通过在低碳超细贝氏体（bainitic steel）中利用成分分区的珠光体（compositionally partitioned pearlite）作为初始微观结构，结合快速加热和等温淬火（austempering）来制备化学异质性贝氏体。研究发现，通过快速加热保留的源自Mn/Cr分区珠光体的化学异质性高温奥氏体（austenite）显著改善了贝氏体相变动力学（bainitic transformation kinetics）。这种加速主要源于Mn/Cr贫化区（depleted regions）相变驱动力增加和形核活化能降低，同时化学异质微观结构中Mn/Cr富集区与贫化区交替分布的特征增强了碳扩散性（carbon diffusivity）。最终形成的化学异质性贝氏体呈现出类珠光体形貌（pearlite-like morphology），由贝氏体铁素体板条（bainitic ferrite lath）和具有明显Mn/Cr成分波动的薄膜状残余奥氏体（filmy retained austenite）组成。引入Mn/Cr异质性可促进贝氏体束（bainite sheaves）细化，减少块状残余奥氏体（blocky retained austenite）的数量和尺寸，并提高薄膜状残余奥氏体的比例。细化贝氏体铁素体板条产生的晶界强化（grain boundary strengthening）使屈服强度提升约180 MPa。同时，以薄膜状组织为主、伴有细小分散块状残余奥氏体的微观结构增强了均匀变形后的延伸率（post-uniform elongation），反映出局部成形性（local formability）的改善。这些发现为开发具有可控化学异质性的低碳超细贝氏体钢提供了理论指导，有助于缩短加工周期并实现优异的强韧性协同（strength–toughness synergy）。