异质纳米结构双相不锈钢的强冷轧制备及其力学性能各向异性研究

日本科学家团队通过90%强冷轧在双相不锈钢(DSSs)中构建γ/α交替纳米层状异质结构(HN-structure)，发现横向拉伸强度(1.55-1.72 GPa)显著高于轧制方向(1.36-1.55 GPa)，748K时效后强度提升至2.23 GPa。该研究揭示了γ相HN结构(含"眼"状孪晶域)对强化的主导作用，为工业化制备高强度各向异性材料提供新思路。

　　

在金属材料领域，如何实现高强度与良好塑性的平衡始终是科学家追逐的圣杯。传统剧烈塑性变形(SPD)方法虽能制备超细晶(UFGed)材料，但存在样品尺寸小、工艺复杂、成本高等产业化瓶颈。日本的研究团队另辟蹊径，通过简单强冷轧在低层错能(SFE)金属中构建出异质纳米结构(HN-structure)，其性能媲美SPD制备材料且累积应变仅需2.3。这项发表在《Materials Science and Engineering: A》的研究，由Hiromi Miura团队领衔，系统探究了不同铁素体/奥氏体(α/γ)相比例双相不锈钢(DSSs)经90%冷轧及低温时效后的微观结构演变与力学性能。

研究采用JFE钢铁公司提供的四种α/γ比例(26%-73%)DSSs板材，经1223K热轧退火后冷轧至0.5mm厚度。通过取向成像显微镜(OIM)、透射电镜(TEM)和能谱分析(EDS)表征微观结构，结合沿轧向(R.D.)和横向(T.D.)的拉伸测试评估力学性能。

Evolved microstructure部分揭示：所有冷轧DSSs均形成γ/α交替纳米层状结构，其中γ相呈现典型HN特征——被剪切带包围的"眼"状孪晶域嵌入低角度γ层片。初始晶粒形态("薄饼"状或拉长状)对强度无显著影响，但α73%样品因γ相分布差异呈现独特结构。

Discussion部分指出：冷轧DSSs展现显著力学各向异性——横向抗拉强度(UTS)比轧向高10-20%，这归因于层状结构对横向位错运动的强烈阻碍。γ相HN结构对强化起主导作用，UTS随α/γ比降低而轻微升高。748K时效后，高α/γ比样品UTS从1.55GPa跃升至2.23GPa，TEM和EDS证实该强化源于α相密集析出和晶界元素偏聚(GBS)的协同作用。

Conclusions总结：(1)冷轧构建的γ相HN结构(含孪晶域/剪切带/低角度层片)是强化的关键；(2)初始晶粒形态不影响强度，但时效强化效果随α/γ比增加而增强；(3)GBS与析出共同贡献时效强化。该研究不仅阐明HN结构各向异性强化的微观机制，更通过简化工艺为工业化生产高性能不锈钢开辟新途径，对航空航天、海洋工程等极端环境用材开发具有重要指导价值。