.562. 工程科学学报.第41卷，第5期 的偏析，使回火脆性延迟[35)] 锰钢更能适应冲压，且冲压后的延展性能维持在较 2.3Al元素对性能的影响 高的水平，同时在冲击过程中能吸收更多的功，提高 钢中A!的加入容易引起治炼过程中冒口堵 安全性；A1的加入提高了中锰钢A,和A,温度[2) 塞、加工过程表面质量难控制以及在材料中容易 因而可选择的临界退火温度提高，较短时间就能完 形成非金属夹杂物等问题，但是近年来对含A!中 成退火，利于工业化生产的开展：也有研究发现A1 锰钢的性能也展开广泛研究，也有文章针对A!对 可以降低铁素体中C的活度系数，提高C在铁素体 高锰钢抗氢脆性能的有益作用进行研究.在TWIP 的溶解度，升高渗碳体中C的活性，抑制渗碳体析 钢中加入一定含量的A1,可改善钢的延迟开裂性 出[3]：在5Mn钢中加入3%的A),冷轧变形的微 能[36-8】，Fe-18Mn-0.6C-(0,1,2)Al三种成分 观结构可以完全再结晶，相比5Mn0Al中锰钢强塑 TWIP钢比较发现，A1质量分数2%的试样电解充 积提高：Cai等[6]发现软相8铁素体体积分数和延 伸率随着A!含量升高而升高：通过最近几年对中锰 氢后能在表面形成一层致密的A山，O,膜，从而阻碍 钢相变过程中奥氏体相变研究文献的总结发现，含 氢原子进入，改善氢脆性能[)：通过断口观察发 铝中锰钢拉断后，还有相当量的残余奥氏体没有发 现.随着A1含量提高(A1质量分数0、1%、2%)， 生相变68,15,2】；不含A的中锰钢拉断后残余奥氏 充氢试样的解理脆性区减小甚至消失[40]：也有 体完全相变到马氏体2-]，原因是变形过程中软相 研究表明，Al元素可以提高层错能)，抑制变形 的铁素体配分更多应力，因而对奥氏体起到辅助稳 过程中发生密排六方马氏体相变，从而提高抗氢 定作用[4s];Yang等也发现加入Al后残余奥氏体体 脆能力[].可见Al对高锰钢的抗延迟开裂和抗 积分数降低，但是稳定性提高，在变形过程中的相变 氢脆性能有显著的作用，但是A!对中锰钢的抗氢 可以连续发生，产生持续硬化[46] 脆性能的影响研究还很少 图4为A!含量与中锰钢性能的关系图（数据取 关于A!元素对中锰钢力学性能影响的文献较 自表1)，A1是铁素体形成元素，A1含量升高，抗拉 多，加入1%的A1,中锰钢的密度可下降1.25%，可 强度明显降低（图4(a)):当Al质量分数<4%时， 为汽车减重做出贡献：当A1质量分数超过3%，会 延伸率随A】含量增加呈增大趋势：需要说明的是 引入大量的软相8铁素体而增加延展性3,68)]，使中 A1含量超过4%的文献数据较少，延伸率在之后的 a ●热轧 b 。热到 2100 冷轧 ·冷轧 ●温轧+冷轧 ●温轧+冷轧 60 400 40 700 4 A质量分数/% A1质量分数% 80 ·热轧 70(d ·热轧 ●冷轧 ·冷轧 ·温轧+冷轧 。温轧+冷轧 60 最60 40 20 4 4 A质量分数/% A1质量分数% 图4中锰钢性能与Al含量的关系（数据来源于表1）.(a)强度-Al质量分数：(b)延伸率-Al质量分数：(c)奥氏体体积分数-A1质量 分数：(d)强塑积-A质量分数 Fig.4 Relations between mechanical properties and Al content of medium Mn steels:(a)tensile strength rs aluminum content;(b)elongation ts aluminum content;(c)yy ts aluminum content;(d)product of tensile strength and total elongation ts aluminum content工程科学学报,第 41 卷,第 5 期 的偏析,使回火脆性延迟[35] . 2郾 3 Al 元素对性能的影响 钢中 Al 的加入容易引起冶炼过程中冒口堵 塞、加工过程表面质量难控制以及在材料中容易 形成非金属夹杂物等问题,但是近年来对含 Al 中 锰钢的性能也展开广泛研究,也有文章针对 Al 对 高锰钢抗氢脆性能的有益作用进行研究. 在 TWIP 钢中加入一定含量的 Al,可改善钢的延迟开裂性 能[36鄄鄄38] , Fe鄄鄄18Mn鄄鄄0郾 6C鄄鄄 (0,1,2)Al 三 种 成 分 TWIP 钢比较发现,Al 质量分数 2% 的试样电解充 氢后能在表面形成一层致密的 Al 2O3膜,从而阻碍 氢原子进入,改善氢脆性能[39] ;通过断口观察发 现,随着 Al 含量提高(Al 质量分数 0、1% 、2% ) , 充氢试样的解理脆性区减小甚至消失[40鄄鄄41] ;也有 研究表明,Al 元素可以提高层错能[15] ,抑制变形 过程中发生密排六方马氏体相变,从而提高抗氢 脆能力[42] . 可见 Al 对高锰钢的抗延迟开裂和抗 氢脆性能有显著的作用,但是 Al 对中锰钢的抗氢 脆性能的影响研究还很少. 图 4 中锰钢性能与 Al 含量的关系(数据来源于表 1). (a) 强度鄄鄄Al 质量分数; (b) 延伸率鄄鄄Al 质量分数; (c) 奥氏体体积分数鄄鄄Al 质量 分数; (d) 强塑积鄄鄄Al 质量分数 Fig. 4 Relations between mechanical properties and Al content of medium Mn steels: (a) tensile strength vs aluminum content; ( b) elongation vs aluminum content; (c) 酌R vs aluminum content; (d) product of tensile strength and total elongation vs aluminum content 关于 Al 元素对中锰钢力学性能影响的文献较 多,加入 1% 的 Al,中锰钢的密度可下降 1郾 25% ,可 为汽车减重做出贡献;当 Al 质量分数超过 3% ,会 引入大量的软相 啄 铁素体而增加延展性[3,6,8] ,使中 锰钢更能适应冲压,且冲压后的延展性能维持在较 高的水平,同时在冲击过程中能吸收更多的功,提高 安全性;Al 的加入提高了中锰钢 A1 和 A3 温度[24] , 因而可选择的临界退火温度提高,较短时间就能完 成退火,利于工业化生产的开展;也有研究发现 Al 可以降低铁素体中 C 的活度系数,提高 C 在铁素体 的溶解度,升高渗碳体中 C 的活性,抑制渗碳体析 出[43] ;在 5Mn 钢中加入 3% 的 Al [44] ,冷轧变形的微 观结构可以完全再结晶,相比 5Mn0Al 中锰钢强塑 积提高;Cai 等[6] 发现软相 啄 铁素体体积分数和延 伸率随着 Al 含量升高而升高;通过最近几年对中锰 钢相变过程中奥氏体相变研究文献的总结发现,含 铝中锰钢拉断后,还有相当量的残余奥氏体没有发 生相变[6,8,13,23] ;不含 Al 的中锰钢拉断后残余奥氏 体完全相变到马氏体[26鄄鄄27] ,原因是变形过程中软相 的铁素体配分更多应力,因而对奥氏体起到辅助稳 定作用[45] ;Yang 等也发现加入 Al 后残余奥氏体体 积分数降低,但是稳定性提高,在变形过程中的相变 可以连续发生,产生持续硬化[46] . 图 4 为 Al 含量与中锰钢性能的关系图(数据取 自表 1),Al 是铁素体形成元素,Al 含量升高,抗拉 强度明显降低(图 4( a));当 Al 质量分数 < 4% 时, 延伸率随 Al 含量增加呈增大趋势;需要说明的是 Al 含量超过 4% 的文献数据较少,延伸率在之后的 ·562·