Acta Mater.：新型超高强度的轻质含Cu复合钢用于汽车增强及减重

【引言】

高强度，延展性和车辆重量减轻是提高汽车行业燃油效率的关键问题。此外为了防止或最小化变形，结构增强部件需要高屈服强度。与常规钢相比，高Al轻质钢具有优异的机械性能和更低的密度，引起广泛关注。最近开发的一些（铁素体+奥氏体）双相轻质钢中，C和Mn的含量低于奥氏体轻质钢，低价环保，但是这些双相轻质钢的屈服强度在350-550MPa以下，相对较低。这是因为大量添加Al促进了粗大的铁素体带的发展并且粗大的奥氏体晶粒降低了屈服强度。这些钢可用于汽车上需要高拉伸强度的能量吸收组件，但是对于优先考虑高屈服拉伸比的组件来说并不可取。

【成果简介】

近日，韩国浦项滚球体育 大学的Seok Su Sohn（通讯作者）等人在Acta Mater.上发表了一篇名为“Novel ultra-high-strength Cu-containing medium-Mn duplex lightweight steels”的文章，研究人员通过改变退火温度开发了新的轻质超高强Fe-0.5C-12Mn-7Al-（0,3）Cu（wt％）钢。奥氏体稳定剂Cu不仅提高了奥氏体体积分数，而且由于溶质拖曳效应延迟了再结晶，同时促进了富Cu的B2颗粒和Cu分离的界面层的形成。富Cu的B2颗粒、Cu的固溶强化和延迟再结晶大大提高了屈服强度（〜1GPa）和应变硬化。通过这些独特且优异的拉伸性能，汽车重量减少10.4%，为制造具有优异屈服拉伸比的汽车增强部件提供了可能性。

【图文导读】

图1退火样品的X射线衍射结果

（a）在730-930℃下退火的非含Cu钢样品

（b）在730-930℃下退火的含Cu钢样品

在所有样品中观察到铁素体和奥氏体的峰，而仅在730℃退火的样品中发现k-碳化物的峰。

图2 退火样品的微观结构（EBSD相图）

（a）A73 （b）A83 （c）A93

（d）CA73 （e）CA83 （f）CA93

每个图中都显示奥氏体的平均体积分数（Vγ）和晶粒尺寸（Dγ）。

图3 铁素体中的富Cu B2析出相的TEM明场图像

（a）CA73 （b）CA83 （c）CA93

铁素体中析出非常细的B2相，其尺寸随着退火温度的增加而降低。

图4 样品的拉伸性能和应变硬化率

（a）室温工程应力应变曲线

（b）在730-930℃下退火的非含Cu和含Cu钢样品的应变硬化率（dσ/dε）曲线

在给定的退火温度下，Cu的添加明显地导致强度增加和延伸率降低。所有样品应变硬化率随着应变的增加而持续下降。A73、CA73、CA83标本和A83、A93、CA93标本中，应变硬化率曲线的降低形状相似。

图5 富Cu B2颗粒的不可剪切特性

（a）CA83样品高倍率扫描TEM图像

（b）CA83样品2%应变下的明场图像

显示出钉扎、弯曲和堆积，富含Cu B2颗粒与奥氏体基体之间的位错。

图6 添加Cu延迟再结晶

拉伸变形之前样品的EBSD FCC和BCC（KAM）图

（a-b）A73 （c-d）CA73

（e-f）A83 （g-h）CA83

【小结】

研究人员开发了含Cu的中Mn复合轻质超高强钢（Fe-0.5C-12Mn-7Al-（0,3）Cu wt％），研究了富Cu析出相的双相微观结构的变形机制，探究了微观结构演化过程与拉伸性能的相关性。

文献链接：Novel ultra-high-strength Cu-containing medium-Mn duplex lightweight steels(Acta Mater., 2017, DOI：10.1016/j.actamat.2017.06.035)

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