《Acta Materialia》新方法！临界退火钢的组织演变与相变动力学

双相(DP)钢因其出色的强度/延展性和轻量化潜质而广泛用于汽车行业，DP钢具有复合微观组织，该组织通常为马氏体组织（第二相）以岛状弥散分布在铁素体基体上，偶尔包含贝氏体。拉伸性能在很大程度上取决于马氏体的体积分数。它的三维特征，即相的空间和形态分布具有一定断裂特性。例如，沿轧制方向排列的细长马氏体岛的带状结构对破坏性能和局部延性具有负面影响。拉伸性能在很大程度上取决于相的组织结构。因此为了能够精确调控性能，需要了解热加工过程中DP钢的组织变化。虽然对DP钢已有较多研究，但是奥氏体相变和铁素体再结晶的相互作用机制仍不明确。

法国国家科学研究中心通过研究Fe-0.1C-1.9Mn-0.2Cr-0.2Si这一具有铁素体-珠光体初始显微组织的冷轧钢，设计了一种的新的实验方法，通过同步加速器高能XRD原位观察奥氏体相变和铁素体回复/再结晶的整体动力学。相关论文以题为“Intercritical annealing of cold-rolled ferrite-pearlite steel: Microstructure evolutions and phase transformation kinetics”发表在金属顶刊Acta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116920

本文使用的钢材成分为Fe-0.1C-1.9Mn-0.2Cr-0.2Si，热轧厚度为3mm，组织为铁素体和珠光体复合；冷轧厚度1.2mm，由于珠光体具有比铁素体更高的流变应力，所以铁素体的变形更剧烈，经过冷轧后珠光体和铁素体的变形分别达到67%和119%。热处理是将冷轧板材从室温加热至800℃，保温10min后进行氦淬火，加热速率分为3℃/s、30℃/s和100℃/s。

研究发现初始微观结构包含大量分布于晶粒间的渗碳体碳化物，这些碳化物是从热轧阶段留存下来的，并分布在珠光体岛的外部。这些碳化物含有的碳约占钢材的三分之一，剩余的碳分布在珠光体渗碳体中。这些孤立的碳化物在奥氏体相变中起主要作用，根据铁素体是否有足够的时间进行再结晶来改变其空间分布从而形核，在缓慢和快速加热时分别产生一条链状或带状奥氏体组织。

图1 加热到700℃后微观组织的SEM图

图2 在3℃/s加热速率下的微观组织

图3 在30℃/s加热速率下的微观组织

奥氏体相变开始于一个缓慢的动力学过程，该动力学过程对应于渗碳体的溶解。珠光体岛在狭窄的温度范围内同时转变为奥氏体，这受加热速率的少量影响。该过程涉及合金元素的分配，但是由于珠光体铁素体内部扩散距离较短，因此加速了该过程，奥氏体从孤立的碳化物中形核并逐渐生长。在800℃等温保温期间，奥氏体相变继续进行，速率限制过程是元素在铁素体中的扩散，最终在奥氏体中扩散。

图4 升温速率对奥氏体相变的影响示意图

本文研究了双相钢在临界退火期间发生的奥氏体转变，探讨了奥氏体相变与铁素体再结晶的相互作用，了解了加热速率对奥氏体相变动力学的影响。本文为双相钢的性能设计和预测提供了理论基础。（文：破风）