导语：通过对冷轧30 Mn-13 Al-1.3C-5Cr钢在1000 ℃下退火，我们成功地开发了一种新型轻质钢，其在测得的6.36 g*的超低密度下具有1250 MPa的抗拉强度和41.4%的总延伸率。这种前所未有的强度-塑性-密度协同效应是由于新设计的铁素体-铁素体双相组织，其中，α铁素体晶粒抑制奥氏体晶粒长大，δ铁素体带捕获并偏转裂纹扩展，再结晶奥氏体中高含量的Mn/Al/C导致κ-碳化物纳米颗粒大量析出，起到强化作用。

由于对轻量化和节能的高要求，轻质Fe-Mn-Al-C钢由于其比强度和延展性的优异组合而在许多行业中受到越来越多的关注。在所有相关研究中，Moon等人在他们开发的29.05Mn-12.01Al-1.48C-5.13Cr上创造了记录（重量百分比，除非另有说明）奥氏体钢，其在密度为6.34 g·时具有169.9 MPa·的比极限拉伸强度（SUTS）和43.8%的总延伸率（TE）。据我们所知，这几乎是在SUTS高达170 MPa·的高度可变形Fe-Mn-Al-C奥氏体钢中实现的最低密度。通过降低密度进一步提高比强度显然更具挑战性，因为较低的密度需要添加较高含量的Al/C，这通常导致在晶界处形成脆性的晶间κ-碳化物，从而严重恶化延展性。在如此低的密度下进一步提高比强度-延展性协同作用的有希望的途径缺乏，但强烈期望。

铁素体比奥氏体更有效地降低密度，因为体心立方（BCC）结构比面心立方（FCC）结构具有更低的原子密度。同时，铁素体相的存在导致抑制奥氏体晶粒的生长和许多奥氏体/铁素体界面，这可以提高屈服强度（YS）和变形过程中的应变硬化能力。因此，可以预期，贝氏体-铁素体双相组织可能比单纯奥氏体组织具有更大的提高强度-塑性-密度协同效应的潜力。然而，据我们所知，已报道的贝氏体-铁素体双相钢的密度均高于6.50 g·，并且人们本能地认为裂纹可以容易地在奥氏体/铁素体界面处开始并且然后沿着它们扩展，因此显著地恶化了延展性。例如，Sohn等人报道，12 Mn-5.5Al-0.7C双相钢中铁素体分数从13.2%增加到32.3%，（密度为7.20 g·）使SUTS从139.3 MPa··增加到196.5 MPa·，但TE从45.9%显著降低到8.2%。然而，这也可能表明，应该可以通过优化铁素体的存在来改善SUTS-TE组合。因此，我们考虑重新设计先前的超低密度钢（29.05Mn-12.01Al-1.48C-5.13Cr），使其具有铁素体-铁素体双相组织，通过该组织可以进一步增强SUTS，同时保持低密度和大延展性。

重新设计的贝氏体-铁素体双相钢的化学成分为30.35 Mn-12.60 Al-1.32 C-4.83 Cr，其中添加约5%的Cr是为了抑制晶间κ-碳化物的形成。这种钢的超低密度为6.36 g，接近以前的记录值6.34 g，根据阿基米德原理用浮力天平测量。它在氩气气氛下在真空感应炉中熔化并浇铸成锭，将其锻造成厚板并进一步热轧（HR），将HR板加热至1050 ℃并等温保持0.5小时，在水中淬火，然后冷轧（CR）至3 mm厚。接下来，将CR板在600 ℃至1050 ℃的温度范围内退火1-5分钟的不同时间，然后再次在水中淬火。为了便于讨论，将所得样品称为DPXXX-Y，其中XXX和Y分别代表退火温度和退火时间。

为了进行比较，除了一个沿着横向（TD）的试样外，其余试样的长度方向沿着轧制方向（RD）制造了具有25 mm标距长度的扁平狗骨形拉伸试样。

在室温下以的应变速率进行单轴拉伸试验，对每种热处理条件进行3次拉伸试验并取平均值;对刻蚀后的试样进行纳米压痕试验，研究不同微观结构组分的力学响应;利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等分析手段对刻蚀后的试样进行微观结构分析通过扫描电子显微镜（SEM，ZEISS Gemini 300）、透射电子显微镜（TEM，FEI Tecnai G20）和电子背散射衍射（EBSD，扫描俄歇纳米探针（Scanning Auger Nanoprobe），PHI 710），从XRD结果确定铁氧体分数，如补充材料中详述的。

以上研究以“Unprecedented combination of specific tensile strength and ductility 

achieved in a novel duplex low-density steel”发表在Scripta Materialia上

链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646225001319?via%3Dihub