上海交大王晓东教授团队在双相不锈钢的性能提升及机制方面取得重要进展

2022-02-11 10:14:57 来源：今日健康网作者：分享：

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近日，上海交通大学材料科学与工程学院王晓东教授团队在国际金属材料领域顶刊《Acta Materialia》上在线发表了双峰结构双相不锈钢的性能强化及变形机理的最新研究成果“Study on the deformation mechanism of a high-nitrogen duplex stainless steel with excellent mechanical properties originated from bimodal grain design”（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645422000556）。王晓东教授和李伟副教授为该论文的共同通讯作者，上海交通大学博士生张雨萌为论文第一作者。

汽车行业的轻量化要求和欧洲国家对新能源客车提出的“更长服役寿命”的规定对结构钢的强度和耐蚀性都提出了更高的要求。因此，近年来汽车、建筑、化学、医疗以及海洋领域相关行业更倾向于选择不锈钢替代传统普通碳钢。在各类不锈钢中，具有合适比例的铁素体和奥氏体相的双相不锈钢（DSSs）凭借其高强度、优异的延展性和耐蚀性、良好的焊接性以及稳定的价格在近几年如雨后春笋般涌现，如2205、2101和3207等牌号的双相不锈钢。具体而言，铁素体相使其即便在氯化环境或高温高湿度的恶劣环境中也具有良好的抗应力腐蚀开裂性，而奥氏体相则提供其优异的强度和韧性。如何提高DSS（~400MPa）的屈服强度以满足结构应用中更严格的刚度和位置精度要求是亟待解决的关键问题。传统观点认为晶粒细化、第二相强化和相变诱发塑性（TRIP）效应是提高机械性能最有效的方法，但在不锈钢中，第二相析出会显著恶化耐蚀性，而马氏体相的形成又会导致氢脆及应力腐蚀开裂的问题。

图1. (a) 真应力-应变曲线 (b) 变形前后试样的XRD图谱

图2. (a) 退火态试样的EBSD图 (b) 轧制态试样的EBSD图

图3. 未变形试样的显微组织特征

图4. (a)(b) 变形后轧制态试样的BF-TEM图像 (c) 变形后退火态试样 (d) 变形后轧制态试样的EBSD图像

图5. 变形后轧制态试样中铁素体相的TEM图像

图6. 轧制态试样中铁素体和奥氏体晶粒的变形机理示意图

本研究中通过调控冷轧和再结晶工艺获得了由细晶奥氏体和双峰晶粒分布的铁素体组成的高氮双相不锈钢，在抑制TRIP效应的同时，带来位错等预置缺陷，从而通过提高两相位错增殖和存储能力而非依赖于TRIP效应实现了双相不锈钢强度和塑性的卓越结合。屈服强度从416.5MPa提高至716.4MPa，且总延伸率保持在45.8%的高水平。此外，提出了一种新的变形机制：粗铁素体晶粒中相界面附近异常高的位错密度由多个相邻的具有不同取向的细奥氏体晶粒激发，这些奥氏体晶粒包含不同方向的变形带。该创新性的强化方法有望为需要高屈服比和高耐蚀性的钢结构件提供新的选择。研究工作得到了国家自然科学基金(No.52171010, 52071209, 51821001)的资助。

作者：张雨萌供稿单位：材料科学与工程学院