部分再结晶技术增强高锰奥氏体钢的强度与抗氢脆性能研究

【编辑推荐】本研究通过冷轧和部分再结晶退火技术（600°C/0.5h），在Fe-24Mn-5Al-0.45C高锰奥氏体钢中构建了纳米级变形细晶（DFGs）与微米级粗晶（DCGs）的异质结构，实现了1 GPa级屈服强度与仅9%延伸率损失的抗氢脆（HE）性能。氢原子在DFGs位错和晶界（GBs）的固溶强化、纳米孪晶（nanotwins）对氢致裂纹（HICs）的钝化作用，揭示了微观结构调控提升TWIP钢综合性能的机制。

　　

Highlight

冷轧后600°C退火0.5小时的试样（CR-A600-0.5h）展现出最优异的抗氢脆性能（延伸率损失<9%）。其纳米级变形细晶（DFGs）和残留的微米级粗晶（DCGs）通过位错和晶界（GBs）捕获大量氢原子，产生固溶强化效应。氢致裂纹（HICs）在DFGs周围被钝化，并伴随纳米孪晶（nanotwins）的激活——DFGs中高氢浓度和位错密度降低了孪生临界应力，而纳米孪晶的生成缓解了HICs尖端的应力集中。

Effect of H on microstructure evolution

对比CR-A600-0.5h（El_loss=9.0%）与CR-A600-4h（El_loss=61.0%）的变形微观结构发现：后者在3%应变时再结晶晶粒（RGs）内仅出现少量位错，而前者DFGs中早期即形成高密度位错和纳米孪晶。氢显著促进DFGs的位错增殖与孪生行为，这种"氢诱导硬化"效应是抗HE的关键。

Conclusions

1.部分再结晶技术（600°C/0.5h）构建的DFGs/DCGs异质结构，同时实现1 GPa级屈服强度和优异抗HE性能；

2.DFGs中位错和GBs的氢陷阱效应产生固溶强化，纳米孪晶激活则通过"动态Hall-Petch效应"提升加工硬化能力；

3.氢降低DFGs的孪生临界应力，纳米孪晶网络有效分散HICs尖端应力，这是抗HE的微观机制。