徐娟萍等：中锰钢的研究进展与前景 ·563· 变化趋势不明确（图4(b)):另外，图4(c)中A1对 钢(0.11C-5.7Mn),材料强塑积达到34.9GPa·%. 奥氏体体积分数没有明显的影响；图4(d)可见Al 冷轧中锰钢热处理后比较普遍的组织是等轴奥氏 质量分数为3%~4%时容易获得较高的强塑积 体/铁素体 (图4(d)). (2)长条状的奥氏体+铁素体 其他微量元素如V不仅可以细化晶粒，还会形 A!质量分数低于2%的中锰钢晶粒在热 成纳米尺度的碳化钒(VC)颗粒，VC颗粒分布在中 轧【6,1-16,0,3,3/温轧[9,18-19]热锻[4,10.12过程被拉长， 锰钢组织中能提高其屈服强度47]，还可以提高抗氢 随后热处理后也保持大部分为长条状结构的组织， 脆性能28]：B可以提高金属的淬透性：稀土元素能 有少部分块状奥氏体，Chen等发现奥氏体组织板条 净化钢水，在高锰钢中加入稀土能提高裂纹形核的 状的稳定性要比等轴的高[0】.对锻后退火的中锰 临界H浓度，改善延迟开裂性能].这些合金元素 钢(0.2C5Mn)进行温轧，压下量77.5%，奥氏体和 在中锰钢中的作用还有待进一步验证. 铁素体晶粒择优取向旋转到与轧制方向平行，晶粒 3中锰钢微观组织特征 只是拉长，板条厚度减薄（如图5(b),对材料的延 中锰钢的微观组织复杂多样，组成相包括不同 伸率影响不大，抗拉强度和屈服强度显著升高[)， 形状铁素体、奥氏体、马氏体其中的某两种或某几 轧向性能较好(ND表示法向：RD表示轧向) 种.对表1中的文献总结，对应几种典型微观组织 对0.2C-1.6Al-6.1Mn钢的临界退火和淬火 如下. 回火(QT)热处理得到的组织和性能分析发现s1] (1)等轴的奥氏体+铁素体 QT过程得到长条状的奥氏体铁素体结构 C质量分数高于0.2%，A1质量分数低于2%的 (图5(c)),奥氏体中的位错密度大，抗拉强度 中锰钢经过冷轧退火工艺得到细小尺寸（通常在 902~1235MPa,延伸率18%~42%.临界退火热 1m以下)的等轴状铁素体/奥氏体组 处理得到的也是长条状组织，抗拉强度885~945 织3，，21,2,5-7,0,8，，例如图5(a)(A代表奥氏体， MPa,延伸率13%~28%，由于退火时间久，位错 F代表铁素体).在1972年，Millert9]首次提出冷轧 密度大幅降低，TP效应也弱化，因此强塑积不如 在两相区退火的超细晶铁素体+奥氏体结构的中锰 QT热处理 a b 4四 10m m 图5几种典型的中锰钢金相组织.(a)10Mnl.6A1冷轧中锰钢（宝钢）：(b)0.2C4.72Mn中锰钢退火12h轧制压下量77.5%[9]：(c) 0.2C-1.6A-6.1Mn中锰钢625℃淬火组织[50：(d)0.2C-0.63Si-4.99Mn-3.03A中锰钢700℃退火1h[24 Fig.5 Typical SEM microstructures of the medium Mn steels:(a)10Mnl.6Al cold-rolled medium Mn steel Baosteel):(b)0.2C4.72Mn medium Mn steel annealed at 650C for 12h and rolled at 650C with thickness reduction of 77.5%](c)0.2C-1.6Al-6.1Mn medium Mn steel quenched at 625 C[5]:(d)0.2C-0.63Si-4.99Mn-3.03Al medium Mn steel annealed at 700C for 60 min[24)徐娟萍等: 中锰钢的研究进展与前景 变化趋势不明确(图 4( b));另外,图 4( c)中 Al 对 奥氏体体积分数没有明显的影响;图 4( d) 可见 Al 质量分数为 3% ~ 4% 时容易获得较高的强塑积 (图 4(d)). 其他微量元素如 V 不仅可以细化晶粒,还会形 成纳米尺度的碳化钒(VC)颗粒,VC 颗粒分布在中 锰钢组织中能提高其屈服强度[47] ,还可以提高抗氢 脆性能[28] ;B 可以提高金属的淬透性;稀土元素能 净化钢水,在高锰钢中加入稀土能提高裂纹形核的 临界 H 浓度,改善延迟开裂性能[48] . 这些合金元素 在中锰钢中的作用还有待进一步验证. 3 中锰钢微观组织特征 中锰钢的微观组织复杂多样,组成相包括不同 形状铁素体、奥氏体、马氏体其中的某两种或某几 种. 对表 1 中的文献总结,对应几种典型微观组织 如下. 图 5 几种典型的中锰钢金相组织. ( a) 10Mn1郾 6Al 冷轧中锰钢(宝钢); ( b) 0郾 2C4郾 72Mn 中锰钢退火 12 h 轧制压下量 77郾 5% [9] ; ( c) 0郾 2C鄄鄄1郾 6Al鄄鄄6郾 1Mn 中锰钢 625 益淬火组织[51] ; (d) 0郾 2C鄄鄄0郾 63Si鄄鄄4郾 99Mn鄄鄄3郾 03Al 中锰钢 700 益退火 1 h [24] Fig. 5 Typical SEM microstructures of the medium Mn steels: (a) 10Mn1郾 6Al cold鄄rolled medium Mn steel (Baosteel); (b) 0郾 2C4郾 72Mn medium Mn steel annealed at 650 益 for 12 h and rolled at 650 益 with thickness reduction of 77郾 5% [9] ; (c) 0郾 2C鄄鄄1郾 6Al鄄鄄6郾 1Mn medium Mn steel quenched at 625 益 [51] ; (d) 0郾 2C鄄鄄0郾 63Si鄄鄄4郾 99Mn鄄鄄3郾 03Al medium Mn steel annealed at 700 益 for 60 min [24] (1)等轴的奥氏体 + 铁素体. C 质量分数高于 0郾 2% ,Al 质量分数低于 2% 的 中锰钢经过冷轧退火工艺得到细小尺寸(通常在 1 滋m 以 下 ) 的 等 轴 状 铁 素 体/ 奥 氏 体 组 织[3,17,21,23,25鄄鄄27,30,33,49] ,例如图 5(a) (A 代表奥氏体, F 代表铁素体). 在 1972 年,Miller [49]首次提出冷轧 在两相区退火的超细晶铁素体 + 奥氏体结构的中锰 钢(0郾 11C鄄鄄5郾 7Mn),材料强塑积达到 34郾 9 GPa·% . 冷轧中锰钢热处理后比较普遍的组织是等轴奥氏 体/ 铁素体. (2)长条状的奥氏体 + 铁素体. Al 质 量 分 数 低 于 2% 的 中 锰 钢 晶 粒 在 热 轧[6,14鄄鄄16,30,33,34] / 温轧[9,18鄄鄄19]热锻[4,10,12]过程被拉长, 随后热处理后也保持大部分为长条状结构的组织, 有少部分块状奥氏体,Chen 等发现奥氏体组织板条 状的稳定性要比等轴的高[50] . 对锻后退火的中锰 钢(0郾 2C5Mn)进行温轧,压下量 77郾 5% ,奥氏体和 铁素体晶粒择优取向旋转到与轧制方向平行,晶粒 只是拉长,板条厚度减薄(如图 5(b)),对材料的延 伸率影响不大,抗拉强度和屈服强度显著升高[9] , 轧向性能较好(ND 表示法向;RD 表示轧向). 对 0郾 2C鄄鄄1郾 6Al鄄鄄6郾 1Mn 钢的临界退火和淬火 回火(QT)热处理得到的组织和性能分析发现[51] , QT 过 程 得 到 长 条 状 的 奥 氏 体 铁 素 体 结 构 (图 5( c) ) ,奥 氏 体 中 的 位 错 密 度 大, 抗 拉 强 度 902 ~ 1235 MPa,延伸率 18% ~ 42% . 临界退火热 处理得到的也是长条状组织,抗拉强度 885 ~ 945 MPa,延伸率 13% ~ 28% ,由于退火时间久,位错 密度大幅降低,TRIP 效应也弱化,因此强塑积不如 QT 热处理. ·563·