王杨文 罗 强 孟 亮 王红鸿

(武汉科技大学 高性能钢铁材料及其应用湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430081)

孪生诱发塑性(twinning induced plasticity, TWIP)钢因其超高强度、优良的塑性、高的应变硬化指数和无磁性，将是汽车、LNG运输船和超导设备等行业极具竞争力的材料之一，是当今被广泛关注和研究的第三代高性能材料[1- 2]。高锰(15%～35%，质量分数，下同)TWIP钢在形变过程中产生形变孪晶，一方面，孪生将晶粒分割细化，产生“动态霍尔- 佩奇效应”(dynamical Hall- Petch effect)；同时，孪晶的产生使位错平均自由程(mean free path, MFP)下降，进而提高钢的抗拉强度。另一方面，形变过程中孪晶之间相互作用，使TWIP钢产生多级变形，从而推迟颈缩的产生[3- 4]，提高断后伸长率。研究表明孪生效应可使TWIP钢的强塑积达到50 GPa·%以上。

高锰钢的孪生行为主要受层错能(stacking fault energy, SFE)的控制[5]。当层错能在12～35 mJ/m2时，高锰钢的变形机制以位错滑移+形变孪晶为主[6]。层错能大小主要受合金成分的影响，Al、Cu、C等元素可提高层错能；Mn、Cr等元素降低层错能；而Si等元素对层错能的影响不明显[7]。Benzing[1,8]等通过在Fe- Mn钢中添加3%Al和3%Si，使其室温层错能为(21±3) mJ/m2，在TWIP效应下，钢的屈服强度和抗拉强度分别为(350±30)和(700±50) MPa，断后伸长率为(60±5)%。Liu等[9]和Lan等[10]在Fe- Mn系钢中添加0.6%～1.2%C后，其层错能达到(17±3) mJ/m2，变形机制以TWIP效应为主、TRIP(transformation- induced plasticity)效应为辅，屈服强度为(400±50) MPa，抗拉强度为(1 300±200) MPa，甚至可达到2 000 MPa，但断后伸长率降低为(55±5)%。Cr元素也影响高锰钢的层错能，但目前有关Cr元素对TWIP钢强度的影响及强化机制的研究尚未见报道。

本文设计了一种Mn- Cr- C系TWIP钢，通过添加Mn和Cr、调整C含量优化钢的层错能进而调控孪晶。并与Mn- Al- Si系TWIP钢进行对比，探讨了不同程度拉伸变形过程中孪晶的演变及其TWIP强化效应，旨在为高性能高锰钢的成分体系设计提供理论基础与试验依据。……