超細(xì)BCC-FCC雙相鋼的韌化

超高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用范圍很廣，包括機(jī)械制造、車輛工程、建筑設(shè)施、海洋平臺等各個(gè)方面，而且其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到重要的基礎(chǔ)工業(yè)和國防工業(yè)，例如裝甲車的防彈鋼板、大型運(yùn)輸機(jī)的起落架和火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等一些特殊領(lǐng)域。

在這些領(lǐng)域，超高強(qiáng)度鋼占有不可替代的地位。因此，超高強(qiáng)度鋼是高性能鋼鐵材料研發(fā)的重要方向。

但是，按照傳統(tǒng)的研發(fā)工作，隨著鋼材強(qiáng)度水平的大幅度提高，其塑性、韌性會(huì)顯著降低，其強(qiáng)塑積很難提高，甚至還會(huì)下降。研究表明，體心立方（BCC）結(jié)構(gòu)的合金鋼（貝氏體或者馬氏體），抗拉強(qiáng)度可達(dá)2300MPa，但強(qiáng)塑積很難超過20GPa%；而面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)的合金鋼(奧氏體)，塑性可達(dá)90%，強(qiáng)塑積甚至可超過60GPa%，但抗拉強(qiáng)度一般不超過1000MPa。充分利用體心立方和面心立方這兩種結(jié)構(gòu)鋼材的特點(diǎn)，并且結(jié)合晶粒超細(xì)化，可以使鋼材的塑性、韌性基本不降低，而強(qiáng)度和疲勞壽命明顯提高。正是在這個(gè)思路下，研發(fā)出了由微納米級貝氏體或者馬氏體板條與20%～35%殘留奧氏體所構(gòu)成的微納米級BCC-FCC雙相鋼，可以同時(shí)滿足超高強(qiáng)度和高強(qiáng)塑積的要求。

超細(xì)BCC-FCC雙相鋼的強(qiáng)度主要取決于碳以及合金元素的固溶強(qiáng)化、微納米級貝氏體或者馬氏體板條的細(xì)晶強(qiáng)化以及高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)強(qiáng)化；而它的塑性則主要取決于殘留奧氏體的含量、形態(tài)和分布。奧氏體是面心立方結(jié)構(gòu)，與體心立方結(jié)構(gòu)相比，在同一溫度下具有更多的滑移系，有12個(gè)滑移系可同時(shí)開動(dòng)，且奧氏體內(nèi)位錯(cuò)滑移時(shí)派納力比較小，因此，奧氏體具有非常好的塑性變形能力，可以很好的協(xié)調(diào)奧氏體晶粒及與其它相的形變。除此之外，殘余奧氏體在雙相鋼中的特殊韌化作用還基于以下幾個(gè)方面：

一、相變誘發(fā)塑性（TRIP）效應(yīng)

雙相鋼中，在貝氏體或者馬氏體板條間，含有大量的薄膜狀殘留奧氏體，在較高的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)下，殘留奧氏體能發(fā)生塑性馬氏體相變，可以有效緩解局部應(yīng)力的集中，推遲裂紋的形成和阻止裂的紋擴(kuò)展，能有效提高組織的整體變形能力，從而推遲縮頸的發(fā)生。

二、阻止裂紋擴(kuò)展（BMP）效應(yīng)

馬氏體或者貝氏體束(或板條)間的塊狀或者薄膜狀殘留奧氏體，在應(yīng)力作用下，可使裂紋分叉，以曲折途徑擴(kuò)展，或者阻礙裂紋擴(kuò)展。

三、吸收位錯(cuò)（DARA）效應(yīng)

上海交通大學(xué)的研究工作發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼中含有超過10%的殘留奧氏體，同時(shí)馬氏體或貝氏體和殘留奧氏體兩相處于共格或半共格界面，在均勻形變階段，馬氏體或者貝氏體中的部分位錯(cuò)可以移動(dòng)到相鄰殘留奧氏體中，使馬氏體或者貝氏體中位錯(cuò)密度減少，殘留奧氏體中位錯(cuò)密度增加，由此可以極大地增強(qiáng)硬相馬氏體或貝氏體與軟相殘留奧氏體的協(xié)調(diào)形變能力。