临界退火温度对双相钢微观组织、织构及力学各向异性的影响机制研究

推荐：本研究针对双相钢(DP)在汽车工业应用中强度-塑性平衡与各向异性的关键问题，通过调控临界退火温度(770-830°C)，系统探究了马氏体体积分数(Vm )、铁素体晶粒尺寸(df )和γ-纤维织构的演变规律。研究发现830°C退火样品通过形成链状马氏体分布和消除γ-纤维，实现了最优的力学各向同性(DEV=3.9 MPa)，为高性能汽车用钢开发提供了新思路。

　　

在汽车轻量化与安全性能需求日益提升的背景下，双相钢(DP steel)因其优异的强度-塑性平衡和连续屈服行为，成为汽车用先进高强钢(AHSS)的重要选择。然而，传统DP钢存在严重的应力/应变分配现象，导致铁素体-马氏体界面解聚和微孔形成，且其较差的塑性应变比(r-value)制约了深冲性能。更关键的是，力学性能的各向异性会直接影响汽车零部件成形过程中的尺寸精度和碰撞安全性。尽管通过添加合金元素可提升强度，但会显著增加成本和降低焊接性。因此，如何通过微观组织调控同时优化DP钢的力学性能和各向同性，成为材料领域亟待解决的科学问题。

为解决这一难题，国内研究人员在《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》发表了创新性研究。该工作采用Fe-0.07C-0.78Mn-0.15Si低碳钢为原料，通过不对称轧制(ASR)结合分级退火工艺（先700°C部分退火，再770-830°C临界退火），系统研究了临界退火温度对DP钢微观组织、织构和力学各向异性的影响机制。

研究采用不对称轧制(ASR)实现75%厚度减薄，结合X射线衍射(XRD)织构分析和三维显微组织表征技术，通过Vickers硬度测试和多方向拉伸试验（0°、45°、90°）评估力学性能。关键发现包括：770°C退火样品马氏体呈非均匀分布，γ-纤维强度达1.42×R；而830°C退火样品形成完全互联的链状马氏体(V_m
=0.315)，γ-纤维完全消失，纹理强度降至1.32×R。

微观组织演变方面，研究通过定量金相分析揭示：随着临界退火温度从770°C升至830°C，马氏体体积分数从0.224增至0.315，铁素体晶粒尺寸呈现先降后升趋势（10.7→7.2→8.5 μm）。扫描电镜(SEM)显示830°C样品形成完整的链状马氏体网络，能谱分析(EDS)证实马氏体岛中碳含量达3.22 wt%，显著高于基体。

织构分析表明，770°C样品保留γ-纤维({111}<112>强度1.34×R)，而830°C样品出现<023>//ND新织构组分。这种织构弱化直接导致力学各向异性指标优化：830°C样品的强度标准偏差(DEV)从770°C的18.7 MPa降至3.9 MPa，面内各向异性(%IPA)从5.2%降至1.6%。

力学性能测试显示，800°C样品凭借最小的d_f
(7.2 μm)获得最佳强韧平衡（平均UTS=677 MPa，TEL=20.4%）。值得注意的是，尽管830°C样品的马氏体含量增加35%，但由于碳含量(C_m
)降低导致马氏体塑性改善，其应变硬化曲线第三阶段提前至真应变0.032开始，表现出独特的协同变形能力。

该研究的创新价值在于：首次阐明ASR与分级退火协同调控DP钢各向异性的机制，提出通过临界退火温度控制γ-纤维消除和链状马氏体形成的新策略。工程应用方面，830°C退火工艺可使材料在保持715 MPa高强度的同时，实现近乎各向同性的力学响应（DEV<4 MPa），这对汽车覆盖件成形和碰撞能量吸收设计具有重要指导意义。理论层面，研究证实铁素体晶粒细化(d_f
↓)与马氏体分布均匀化可有效缓解相间应变梯度，为多相材料界面工程提供了新见解。

研究还发现，传统认知中"马氏体含量增加必然导致塑性下降"的规律在本工作链状马氏体结构中表现不显著，这归因于纳米级马氏体层对铁素体晶界的钉扎作用。未来研究可进一步探索Mn等合金元素在界面偏聚行为与变形协调性的影响，为开发新一代各向同性超高强DP钢奠定基础。