.560· 工程科学学报，第41卷，第5期 80(a ·热轧 ●冷轧 ●热轧 70 ●锻造 。冷轧 ●温轧 60 ·锻造 ●温轧+冷轧 。温轧 50 50 ·温轧+冷轧 40 30 吃 30 800 12001600 2000 20 40 60 抗拉强度MPa 奥氏体体积分数/% 70 。热轧 70 d ·热轧 ●冷轧 。冷轧 ·锻造 ●锻造 860 。温轧 60 ●温轧 ●温轧+冷轧 ·温轧+冷轧 50 50 照40 腰40 304 ● 30 800 1200 1600 2000 20 40 60 80 抗拉强度/MPa 延伸率/% 图1中锰钢性能关系统计（数据来源于表1）.(a)延伸率-强度关系：(b)强塑积-奥氏体体积分数关系：（℃）强塑积-抗拉强度关系： (d)强塑积-延伸率关系 Fig.I Relation between the mechanical properties of medium Mn steels(data from Table 1):(a)elongation as tensile strength;(b)product of ten- sile strength and total elongations(c)product of tensile strength and total elongation s tensile strength;(d)product of tensile strength and total elongation rs elongation 塑积在50GPa·%以上的数据，延伸率均在40%以 平，是为了保证淬火马氏体也有很好的焊接性能和 上.因此在保障基本的抗拉强度前提下，获得更好 延展性，或者是为了单纯研究M在晶界的偏聚效 的延伸率很关键.通过晶粒细化绝大部分中锰钢的 果[29】.最近Science上报道的10Mn中锰钢[2]，抗 屈服强度超过500MPa,相比较TWIP钢屈服强度明 拉强度为2.2GPa,延伸率为16%.作者将超高强 显提高2].抗拉强度甚至达到2200MPa. 度的获得归因于位错强化，但是其C质量分数达 到0.47%，C的强化效果在所有的合金元素中是 2中锰钢的成分设计思路(C、Mn、A等) 最大的，因此C元素对抗拉强度贡献也是不容忽 成分是材料设计中最基础最关键的环节，研究 视的[] 最多的中锰钢合金系有C-Mn系，C-Mn-Al、C-Mn- 2.2Mn元素对性能的影响 Si系.下面对近年来对中锰钢元素成分-性能的关 Mn元素是中锰钢最重要的合金元素，是扩大 系所做的研究进行总结分析 奥氏体相元素，在热处理过程中会向奥氏体中富 2.1C元素对性能的影响 集，Mn质量分数5%~10%，即使降到室温奥氏体 C是奥氏体稳定元素，能提高临界退火过程中 也不会发生马氏体相变，亚稳奥氏体是在中锰钢 奥氏体逆转变动力，扩大奥氏体区，影响奥氏体稳定 变形过程中发挥最重要作用的相.图2是Mn含 性和力学性能.然而材料中过高的C会以碳化物形 量与各方面性能关系的概括总结图（数据出自表 式析出反而降低材料的强度[2】，恶化焊接性能.另 1),Mn的合金强化效果不明显]，Mn含量对抗 外C含量过高会导致塑性的下降，尽管强度很高， 拉强度和延伸率的影响不太显著（图2(a),(b)), 但强塑积并不能达到很高的水平，因此目前研发者 冷轧态随着Mn含量增高强度有上升的趋势.此 的普遍观点是C质量分数应低于0.4%，大部分研 外，从图2(c)可见，随着Mn含量升高，奥氏体体 究选择的碳质量分数在0.2%左右3-B,15-7,20-2] 积分数有升高的趋势.强塑积与Mn含量没有明 马普所做的研究C质量分数控制在低于0.1%的水 显对应关系工程科学学报,第 41 卷,第 5 期 图 1 中锰钢性能关系统计(数据来源于表 1). (a) 延伸率鄄鄄强度关系; (b) 强塑积鄄鄄奥氏体体积分数关系; ( c) 强塑积鄄鄄 抗拉强度关系: (d) 强塑积鄄鄄延伸率关系 Fig. 1 Relation between the mechanical properties of medium Mn steels(data from Table 1): (a) elongation vs tensile strength; (b) product of ten鄄 sile strength and total elongation vs 酌R ; (c) product of tensile strength and total elongation vs tensile strength; (d) product of tensile strength and total elongation vs elongation 塑积在 50 GPa·% 以上的数据,延伸率均在 40% 以 上. 因此在保障基本的抗拉强度前提下,获得更好 的延伸率很关键. 通过晶粒细化绝大部分中锰钢的 屈服强度超过 500 MPa,相比较 TWIP 钢屈服强度明 显提高[25] . 抗拉强度甚至达到 2200 MPa. 2 中锰钢的成分设计思路(C、Mn、Al 等) 成分是材料设计中最基础最关键的环节,研究 最多的中锰钢合金系有 C鄄鄄Mn 系,C鄄鄄Mn鄄鄄Al、C鄄鄄Mn鄄鄄 Si 系. 下面对近年来对中锰钢元素成分鄄鄄 性能的关 系所做的研究进行总结分析. 2郾 1 C 元素对性能的影响 C 是奥氏体稳定元素,能提高临界退火过程中 奥氏体逆转变动力,扩大奥氏体区,影响奥氏体稳定 性和力学性能. 然而材料中过高的 C 会以碳化物形 式析出反而降低材料的强度[25] ,恶化焊接性能. 另 外 C 含量过高会导致塑性的下降,尽管强度很高, 但强塑积并不能达到很高的水平,因此目前研发者 的普遍观点是 C 质量分数应低于 0郾 4% ,大部分研 究选择的碳质量分数在 0郾 2% 左右[3鄄鄄13, 15鄄鄄17,20鄄鄄25] . 马普所做的研究 C 质量分数控制在低于 0郾 1% 的水 平,是为了保证淬火马氏体也有很好的焊接性能和 延展性,或者是为了单纯研究 Mn 在晶界的偏聚效 果[29] . 最近 Science 上报道的 10Mn 中锰钢[28] ,抗 拉强度为 2郾 2 GPa,延伸率为 16% . 作者将超高强 度的获得归因于位错强化,但是其 C 质量分数达 到 0郾 47% ,C 的强化效果在所有的合金元素中是 最大的,因此 C 元素对抗拉强度贡献也是不容忽 视的[32] . 2郾 2 Mn 元素对性能的影响 Mn 元素是中锰钢最重要的合金元素,是扩大 奥氏体相元素,在热处理过程中会向奥氏体中富 集,Mn 质量分数 5% ~ 10% ,即使降到室温奥氏体 也不会发生马氏体相变,亚稳奥氏体是在中锰钢 变形过程中发挥最重要作用的相. 图 2 是 Mn 含 量与各方面性能关系的概括总结图( 数据出自表 1) ,Mn 的合金强化效果不明显[32] ,Mn 含量对抗 拉强度和延伸率的影响不太显著(图 2( a) ,( b) ) , 冷轧态随着 Mn 含量增高强度有上升的趋势. 此 外,从图 2 ( c) 可见,随着 Mn 含量升高,奥氏体体 积分数有升高的趋势. 强塑积与 Mn 含量没有明 显对应关系. ·560·