为了实现轻量化和提高结构部件的能源利用效率，桥梁、船舶和汽车等领域对同时具有高强度和大塑性的先进高性能钢提出了很高的要求。马氏体时效钢中，硬质金属间化合物颗粒分散在马氏体基体中，是实际应用中最坚固的合金之一。然而，马氏体时效钢的广泛应用受到其成本高、合金元素纯度高(如所需的Ni、Co含量为18wt%，≥纯度为99.99%)和塑性差(～5%)的限制。奥氏体-马氏体双相钢（其中硬马氏体/铁素体限制软奥氏体的变形）可以提供强度和塑性的良好组合，并缓解它们之间的矛盾关系。但奥氏体含量对双相钢析出强化和拉伸塑性的影响尚未得到系统的研究，因此迫切需要对其强度-塑性进行优化。因此研发低成本且具备超高强度和大的均匀塑性变形能力的超强双相钢是材料领域的重要发展方向之一。

为了降低马氏体时效钢的成本，在不牺牲强度的情况下提高其塑性，北科大温玉仁团队用廉价的Mn部分替代了昂贵的Ni元素。借助热力学模拟、成分筛选和关键实验相结合的方法，调整奥氏体含量和热处理工艺，制备出了极限抗拉强度1600MPa塑性～7%的超强双相钢。同时，对Mn含量和热处理工艺对力学性能的影响进行了机理研究，结果表明：简单地提高奥氏体的相含量并不会明显提高钢的塑性，Mn稳定的奥氏体转变会与铁素体中的B2析出产生一种类似竞争的关系，导致在奥氏体含量超过铁素体后，没有B2析出反应。因此改进热处理工艺发现，通过硬时效(轧制后直接时效)，相比软时效可以同时提高双相高强钢的强度和塑性。以上结论给下一代低成本、高强韧钢的研发奠定了基础。相关成果以题为“Influences of manganese content and heat treatmenton mechanical properties of precipitation-strengthened steels”发表在Materials Science & Engineering A。北京科技大学材料科学与工程学院温玉仁副教授（通讯作者），硕士生梁鎏凝和神华集团低碳清洁能源研究所蒋复国为共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142724

本研究中高强度来自于基体内高密度且细小的B2纳米析出相、高密度位错及晶粒细化。超高强度下强塑性协同效应的改善归功于相变诱发塑性(TRIP)和超细晶尺寸，两者都使断裂模式由穿晶解理断裂转变为韧窝塑性断裂。

图1 CR、HA、SS和SA试样的热处理示意图

图2 固溶处理（SS）和软态时效（SA）样品的XRD图谱

研究发现对于固溶（SS）淬火后的时效（软态时效，SA），要实现体心立方基体中B2的析出，奥氏体相的含量应小于体心立方相分数。对于奥氏体体积分数大于50%的9Mn合金，软态时效过程中奥氏体逆转变阻碍B2的析出，图7显示DSC分析的放热峰和吸热峰分别对应于B2析出和奥氏体回复，9Mn SS样品两个峰重叠，导致几乎没有沉淀硬化效应，导致软态时效强度较低。冷轧过程中储存的晶体缺陷增强了B2析出，导致9Mn HA样品的析出强化效果显著。从而获得了超高的极限强度(～1600 MPa)，拉伸塑性(～7%)比软态时效合金(～1450 MPa和～5%)有所提高。这项工作表明，通过添加锰和硬态时效来提高超高强度钢的塑性是一种比较有前景的策略。

图3 不同加工方式及热处理样品的工程应力应变曲线

图4 不同加工方式及热处理样品的背散射电子衍射（EBSD）反极图（IPF）

图5 8MnSA，9Mn CR70%，9Mn CR70%HA和9Mn CR90% HA试样的明场像（BF-TEM）及相应选区电子衍射（SAED）。

图6 （a,c）9Mn CR70%和（b）9MnCR70%HA样本的高角环形暗场像(HADDF)。（c）从[001]带轴拍摄的高角环形暗场像显示（d）基体和（e）B2析出物的快速傅里叶变换（FFT）。

图7 固溶（SS）和冷轧70%（CR70%）状态下样品的DSC加热曲线