高碳钢的天然珠光体组织具有高强度和低成本组合。通过等温奥氏体化过程，在近共析高碳钢中形成了α-铁素体和渗碳体片层交替的珠光体微结构。片层的方向可以通过冷拉重新定向至拉拔方向，从而显著细化。珠光体钢丝通过简单的加工工艺获得了高强度的纳米片层组织，但是珠光体钢丝的延性下降。由于钢丝采用冷拔法制备，其面积减小大于75%，因此钢丝中的铁素体具有较高的位错密度，一般超过1015m-2。此外，位错滑移受到板片状渗碳体的限制。因此，深冷拉珠光体钢丝的平均延伸率为2-3%，由于塑性差、微观结构各向异性强，以及在实际应用中遇到的复杂应变条件，扭转性能是评价塑性和韧性的另一个重要指标。扭转时沿周向施加剪应力，发现具有良好扭转延性的线材并不总是具有良好的拉伸延性。这种扭转塑性和拉伸塑性之间缺乏对应关系是采用退火技术来提高深拉珠光体丝力学性能的难点之一。

东南大学的研究人员采用一种包含多个拉伸和退火步骤的新策略来制备珠光体钢丝，利用新工艺路线设计了一种基于铁素体片层间渗碳体纳米粒子的新型显微结构。与传统的珠光体钢丝在相同应变下拉伸相比，获得了极高的强度和优良的拉伸、扭转延性组合。相关论文以题为“A modified pearlite microstructure to overcome the strength-plasticity trade-off of heavily drawn pearlitic wire”发表在Scripta Materialia。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114236

本研究选择成分为Fe-0.92C-0.25Cr-0.9Si-0.7Mn(wt.%)的钢材作为原料，热处理后得到均匀珠光体组织。通过对拉拔阶段进行调整，在拉拔操作之间添加低温退火(LTA)处理，以提高珠光体丝在拉拔过程中的应变硬化，冷拉拔过程中控制钢丝温升，以防止无意中导致脆性转变性能的LTA。

研究发现新加工的线材微观结构为典型的珠光体片层结构，铁素体可见高密度位错，片层间距为35-65nm，厚度为3-7nm。退火后铁素体片层仍具有较高的位错密度，这与传统加工金属丝在拉伸状态下的位错密度相似。在正常珠光体组织中，改性层状界面附近分布渗碳体纳米粒子，取代碳富集。这些改进的边界在拉伸应变早期抑制了位错的运动，使其具有较高的强度，但也允许一些位错在其上运动，使其具有良好的延性。

图1 新工艺加工后线材的微观组织和APT结果

图2 珠光体钢丝在415℃下退火10分钟后的微观组织

图3 珠光体钢丝的拉伸性能

图4 不同珠光体丝的扭转力学性能

综上所述，本文提出了一种结合简单拉拔和退火操作的新方法，以生产具有超高强度和超高塑性(拉伸和扭转)的珠光体丝，获得了由铁素体片层和改性片层边界组成的改性珠光体组织。在不牺牲拉伸韧性和扭转韧性的前提下，制备的线材强度比无应变珠光体线材高900 MPa。制备的钢丝抗拉强度为2300 MPa，均匀伸长率为6.2%，扭转应变为0.73，与常规低温退火的钢丝相比，其抗拉和扭转延性显著提高。本文对珠光体钢丝综合性能的提升有积极作用。