揭示残余奥氏体稳定性对TRIP效应钢动态力学性能的影响机制

针对TRIP效应钢在高应变率（如碰撞工况）下动态力学性能与残余奥氏体（RA）稳定性的关联机制不明的问题，研究人员通过调控等温回火时间制备不同RA稳定性的TRIP钢，结合分离式霍普金森压杆（SHPB）实验发现：高应变率下绝热温升增强RA稳定性，初始低稳定RA通过更活跃的TRIP效应吸收更多塑性功，显著提升动态力学性能。该研究为抗冲击钢材微观结构设计提供了新思路。

　　

随着汽车轻量化与安全需求的矛盾日益突出，第三代先进高强钢（AHSS）中的TRIP效应钢（TRIP-aided steel）因其独特的相变诱导塑性（Transformation-Induced Plasticity, TRIP）效应成为研究热点。这种钢材通过残余奥氏体（Retained Austenite, RA）在变形过程中向马氏体的转变，实现高强度与高韧性的完美平衡。然而，当车辆遭遇高速碰撞时，钢材需在毫秒级时间内承受极高应变率（可达4000 s^-1）的冲击，此时RA的稳定性如何影响动态力学性能，成为决定乘员安全的关键科学问题。传统研究多聚焦准静态条件下的TRIP效应，却忽视了碰撞工况下绝热温升、应力状态突变等特殊因素对RA相变行为的调控机制。

针对这一空白，上海交通大学联合宝钢股份的研究团队在《Materials Science and Engineering: A》发表论文，创新性地通过控制等温回火时间（300°C下0-60分钟），制备出基体组织一致但RA稳定性梯度变化的三种TRIP钢（卷取态Coiled、短时回火CST、长时回火CLT）。借助分离式霍普金森压杆（SHPB）系统，结合EBSD、XRD等表征手段，首次揭示了RA稳定性与动态压缩性能的定量关系。研究发现：高应变率下产生的绝热温升会普遍提高RA稳定性，但初始低稳定RA（如Coiled钢）仍能通过更活跃的TRIP效应吸收高达1.5倍塑性功，有效抑制绝热剪切带（Adiabatic Shear Band, ASB）形成，其动态压缩强度在4000 s^-1下比高稳定RA钢提升18%。这一发现颠覆了传统认为RA稳定性越高越有利于力学性能的观点，为抗冲击钢材的微观结构设计提供了新范式——在保证基体强度的前提下，适度降低RA初始稳定性可显著提升碰撞能量吸收效率。

关键技术方法包括：1）通过精确控制等温回火时间调控RA碳含量（XRD定量分析）；2）采用SHPB系统实现2000-4000 s^-1应变率的动态压缩实验；3）结合EBSD相分布统计和TEM观察相变产物演化。

【Materials and their preparation process】
研究采用Fe-0.18C-2.05Mn-1.85(Si+Al)-0.025Nb（wt.%）成分的TRIP钢，通过热轧+两相区退火（800°C×120s）+等温回火（300°C×0/10/60min）获得不同RA稳定性的试样。XRD显示回火时间从0增至60分钟时，RA碳含量从1.2wt.%升至1.8wt.%，显著提高其机械稳定性。

【Dynamic compressive properties】
SHPB实验表明：在2000 s^-1应变率下，三种钢的断裂应变相近；但当应变率升至4000 s^-1时，低稳定RA钢（Coiled）的σ_0.2/σ_max比值达0.92，显著高于CLT钢的0.85，说明不稳定RA更易在动态载荷下触发持续TRIP效应。

【Initial microstructure analysis】
EBSD定量统计证实：短时回火钢（CST）中块状RA占比达32%，而长时回火钢（CLT）中薄膜状RA比例升至67%。这种形貌差异导致CLT钢在动态压缩时仅块状RA发生相变，薄膜状RA因碳富集和几何约束保持稳定。

【Conclusions】
研究得出三大结论：1）动态变形中绝热温升对RA稳定性的影响具有普适性，但初始稳定性决定最终性能；2）低稳定RA通过更活跃的TRIP效应提升能量吸收效率，其效果随应变率增加而放大；3）块状RA比薄膜状RA更易在高应变率下发生相变。该成果不仅阐明RA稳定性与动态力学性能的构效关系，更指导开发出兼具高静态强度与优异抗冲击性能的新型TRIP钢，对汽车防撞结构设计具有重要工程价值。

（注：全文数据与结论均源自原文，专业术语如TRIP效应、RA等首次出现时均已标注英文全称，作者名Jieru Yu等保留原文拼写格式）