采用新型合金化方法对过临界温度退火的钢材中保留奥氏体的稳定性进行研究

《Materials Characterization》：Stability of retained austenite in intercritically annealed steel with a novel alloying approach

　　

V. 哈尤凯洛（V. Harjukelo）|O. 努西艾宁（O. Nousiainen）|P. 坎塔宁（P. Kantanen）|J. 科米（J. K?mi）|S. 帕拉斯普罗（S. Pallaspuro）

芬兰奥卢大学先进钢铁研究中心，材料与机械工程系

摘要

本研究提出了一种新型钢材概念（MnNi），其中镍（Ni）部分替代了锰（Mn），从而形成了更细小的纳米级保留奥氏体（Retained Austenite, RA）和体心立方（Body-Centered Cubic, BCC）晶粒。此外，通过优化硅（Si）和铝（Al）的合金成分，扩大了亚临界区范围，以更好地控制亚临界退火（Intercritical Annealing, IA）过程。实验中，将热轧后直接淬火的钢板进行了亚临界退火处理，并模拟了Gleeble热循环。利用膨胀测量法评估了相变行为，而通过X射线衍射（XRD）定量分析了保留奥氏体的比例、碳含量、位错密度以及堆垛错能（Stacking Fault Energy, SFE），同时进行了宏观组织分析。采用电子背散射衍射（EBSD）、透射Kikuchi衍射（TKD）和扫描透射电子显微镜（STEM）研究了保留奥氏体的形态和分布。

MnNi钢材主要包含围绕新鲜马氏体的纳米级薄膜状保留奥氏体，以及纳米级的圆形保留奥氏体颗粒。根据STEM/EDS分析，前者微观结构的形成是由于锰含量较低所致。尽管基于Gleeble试样XRD测量的SFE值（MnNi钢为13 mJ/m2，参考钢MedMn钢为14.4 mJ/m2）相似，但认为由于碳含量以及保留奥氏体的尺寸和分布不同，其TRIP（Transformation Response under Impact）行为可能存在差异。值得注意的是，XRD显示两种钢材的保留奥氏体相比例存在明显的厚度梯度，因此炉内退火过程中钢材局部SFE可能发生变化。仅在MnNi钢材的保留奥氏体中检测到织构梯度。此外，在MnNi钢材的亚表面（深度s = 0.8）层中观察到了{115}<110>织构成分，这种织构在体心立方金属中较为罕见。研究结果表明，这种新型MnNi钢材概念能够抑制块状保留奥氏体的形成，仅生成纳米级保留奥氏体，并保持较低的堆垛错能。