贝氏体微观结构调控对铁素体/贝氏体双相钢变形行为的影响机制研究

针对双相钢在强度与延展性协同提升的难题，研究人员通过调控贝氏体相变驱动力和界面取向关系，结合SEM/EBSD/EMPA技术，揭示了不同贝氏体形态（粒状/板条状）对铁素体基体协调变形及裂纹扩展的差异化影响机制，为开发高强高韧双相钢提供了理论依据。

　　

在桥梁、船舶和汽车等领域，兼具高强度与良好延展性的双相钢需求日益增长，但传统材料存在强度与延伸率此消彼长的矛盾。尤其当材料面临碰撞变形时，如何避免断裂成为关键挑战。铁素体基双相钢中，第二相（珠光体/贝氏体/马氏体）的微观结构直接影响性能：珠光体硬度低易引发裂纹扩展，马氏体虽强度高却因残余应力降低延展性。贝氏体因其适中的力学性能备受关注，但其相变驱动力和碳原子扩散能力会显著改变晶内组织（如M-A岛、板条贝氏体）和界面特性（高/低角晶界），进而影响协调变形与裂纹扩展行为。

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的Siwei Wu团队通过热轧实验结合多尺度表征技术，系统研究了不同相变条件下贝氏体微观结构对双相钢变形行为的影响。研究采用φ450mm实验轧机制备12mm厚板材，通过控制空冷终止温度（720°C）和水冷工艺获得三种贝氏体组织。利用SEM（扫描电镜）、EBSD（电子背散射衍射）和EMPA（电子探针微区分析）解析微观结构，结合改性C-J分析和预变形EBSD技术追踪变形过程。

Microstructure
实验钢以粒状铁素体为基体，相变驱动力的降低导致贝氏体中碳化物偏聚程度增加。1#钢因高驱动force形成板条贝氏体，2#钢中驱动force降低出现粒状贝氏体，3#钢在最低驱动force下获得模糊界面贝氏体。EBSD显示高驱动force样品中贝氏体/铁素体界面为平直高角晶界（>15°），而低驱动force样品界面呈曲折低角晶界（2-10°）。

Analysis of preliminary plastic deformation
拉伸变形分为三阶段：铁素体均匀塑性变形+贝氏体弹性变形（ε₁）、铁素体受约束塑性变形+贝氏体弹性变形（ε₂）、双相协同塑性变形（ε₃）。高硬度板条贝氏体（1#钢）通过<1 1 3>织构增强抑制微裂纹合并，延迟塑性失稳；低硬度粒状贝氏体（3#钢）通过低角晶界促进应力扩散，提升初期变形协调性。

Conclusion
(1) 相变驱动force降低使贝氏体碳化物偏聚增加、硬度降低，与铁素体性能差异缩小，协调变形能力提升；(2) 低驱动force形成的曲折低角晶界促进应力扩散，减少初期界面应力集中；(3) 通过组织调控可兼具高驱动force贝氏体的裂纹抑制能力和低驱动force贝氏体的协调变形优势。该研究发表于《Materials Science and Engineering: A》，为设计全变形阶段高性能双相钢提供了关键理论支撑，其组织调控策略对船舶碰撞防护和汽车轻量化材料开发具有重要指导意义。