通过构筑复杂层状微观结构实现2 GPa级低碳TRIP钢的协同强韧化

《Journal of Materials Science & Technology》：Activating synergistic strengthening-toughening mechanisms by tailoring complex lamellar microstructure in a 2 GPa low-carbon alloy TRIP steel

本文报道了一种通过调控复杂层状微观结构（纳米层状铁素体/奥氏体、高密度Cu析出相）在低碳TRIP钢中实现超高强度（～2026 MPa）、良好延性（～13%）和优异断裂韧性（KJIC～119 MPa·m1/2）协同提升的创新策略。研究揭示了微孔诱导韧化与变形诱发马氏体相变（DIMT）韧化的多级分层裂纹韧化机制，为突破超高强度钢材的强韧矛盾提供了新范式。

　　

亮点

通过微结构架构在低碳合金相变诱发塑性（TRIP）钢中激活协同强韧化机制，实现超高强度（极限抗拉强度～2026 MPa）、理想延性（总伸长率～13%）和卓越断裂韧性（K_JIC～119 MPa·m^?1/2）的组合。

章节摘要

材料制备

研究钢种成分为Fe-0.08C-3.5Ni-7Mn-1.5Cu-1Mo（重量百分比）。温热轧制（WR）制备流程如下：原材料在纯氩气氛中频感应炉熔炼，铸成100公斤圆柱锭，经1200°C均匀化处理后锻造成板坯，随后进行特定工艺的温热轧制及冷处理。

WR620与WR620-N2CR钢变形前微观结构分析

图1展示了热机械加工路线及对应微观结构特征。试样经620°C两相区退火后实施50%单道次温热轧制，获得纳米级层状铁素体（α）和亚稳态奥氏体（γ），其中高密度富铜析出相（CRPs）起到关键强化作用。低温冷轧（WR620-N2CR）进一步植入高密度位错，赋予γ相超高机械稳定性。

讨论

基于WR620-N2CR钢超强韧性和两种钢的优异断裂韧性数据，结合层状γ相的超高稳定性及断口形貌特征，本文首次阐释了纳米层状γ相超高机械稳定性的成因，并揭示了多级分层裂纹韧化机制与DIMT韧化的协同作用。

结论

通过构建含纳米层状α/α’与γ、CRPs及高密度位错的复杂层状结构，在低碳TRIP钢中实现了超强韧性与损伤容限的协同提升。主要结论包括：

（1）WR620钢以纳米层状α/γ及高密度CRPs为核心特征，通过微孔诱导韧化机制实现优越的裂纹萌生与扩展韧性；

（2）低温冷轧在保持微观结构特征的同时，通过位错强化与DIMT韧化优化了强韧配比，分层微裂纹的多级韧化机制有效抑制了灾难性裂纹扩展。