工程科学学报.第42卷，第8期：949-962.2020年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.8:949-962,August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.05.005;http://cje.ustb.edu.cn Fe-Mn-(Al)-C高强韧性钢氢脆微观机制的研究进展 章小峰1,2)区，万亚雄2，武学俊12)，阚中伟2)，黄贞益2) 1)治金工程与资源综合利用安徽省重点实验室（安徽工业大学）.马鞍山2430022)安徽工业大学治金工程学院，马鞍山243002 ☒通信作者，E-mail:egzxf@ahut..edu.cn 摘要随着汽车行业的快速发展，轻量化汽车用钢的研发和应用越来越广泛.抗拉强度超过1000MPa的第二、三代汽车用 钢往往是复相组织，通过固溶、析出、变形、细晶强化等各种强化方式，在基体中形成大量缺陷，导致钢材服役过程中对氢更 加敏感，容易在很小的氢溶解条件下发生氢脆.Fe-Mn-C系、Fe-Mn-A-C系等含Mn量高的汽车结构用钢因层错能较高， 不仅直接决定了其强韧性机制，还对其服役性能有重要影响.在Fe-Mn-C系TWIP钢的成分基础上，添加少量AI元素，形成 F©-Mn-(I)-C钢，不仅能降低钢材密度，提高钢材的强韧性，也因Al元素改变了钢材的微观组织构成，一定程度上令氢脆得 到缓解.但当A!含量较高时，形成低密度钢，其组织构成更加复杂，析出物更多，导致氢脆敏感性更显著.本文从 Fe-Mn-(AI)-C高强韧性钢的组织构成、第二相、晶体缺陷等特征出发，综述了H在Fe-Mn-(A)C钢中的渗透、溶解和扩散 行为，H与基体组织、析出相、晶格缺陷的交互作用，H在钢中的作用模型、氢脆机制、氢脆评价手段和方法等.并评述了 F©-M-(AI)-C高强韧性钢氢脆问题开展的相关研究工作和最新发展动态，指出通过第一性原理计算、分子动力学模拟和借 助氢原子微印技术、三维原子探针等物理实验相结合的方法是从微观层面揭示高强韧性钢氢脆机制的未来发展方向 关键词低密度钢：TWIP:氢脆：晶格缺陷：微观机制 分类号TG142.1 Research progress toward hydrogen embrittlement microstructure mechanism in Fe-Mn-(Al)C high-strength-and-toughness steel ZHANG Xiao-feng,WAN Ya-xiong2),WU Xue-jun2,KAN Zhong-wei2),HUANG Zhen-yi2) 1)Anhui Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Resources Recycling(Anhui University of Technology).Maanshan 243002,China 2)School of Metallurgical Engineering.Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China Corresponding author,E-mail:egzxf@ahut.edu.cn ABSTRACT With the rapid development of the automobile industry,the development and application of lightweight automobile steel are increasingly extensive.The second-and third-generation automobile steels with a tensile strength of over 1000 MPa are usually of duplex structure.Through solid solution strengthening,precipitation,deformation,fine grain strengthening,and other strengthening methods,a large number of defects are formed in the matrix,which makes the steel more sensitive to hydrogen in the service process and prone to hydrogen embrittlement under very small hydrogen dissolution conditions.The high-Mn content steels Fe-Mn-C and Fe-Mn-Al-C steels have high stacking fault energy,which not only influences their strength and toughness but also significantly affects their service performance.Based on the composition of twinning-induced plasticity (TWIP)steel of the Fe-Mn-C system,adding a small amount of Al element to form Fe-Mn-(Al)C steel can not only reduce the steel density and improve the steel strength and toughness but also change the steel microstructure to a certain extent;the effect on the microstructure reduces the steel susceptibility to hydrogen embrittlement.However,when the Al content is high,low-density steel with a more complex structure is formed,and the 收稿日期：2019-11-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51674004)Fe−Mn−(Al)−C 高强韧性钢氢脆微观机制的研究进展 章小峰1,2) 苣，万亚雄1,2)，武学俊1,2)，阚中伟1,2)，黄贞益1,2) 1) 冶金工程与资源综合利用安徽省重点实验室（安徽工业大学），马鞍山 243002    2) 安徽工业大学冶金工程学院，马鞍山 243002 苣通信作者，E-mail: egzxf@ahut.edu.cn 摘    要    随着汽车行业的快速发展，轻量化汽车用钢的研发和应用越来越广泛. 抗拉强度超过 1000 MPa 的第二、三代汽车用 钢往往是复相组织，通过固溶、析出、变形、细晶强化等各种强化方式，在基体中形成大量缺陷，导致钢材服役过程中对氢更 加敏感，容易在很小的氢溶解条件下发生氢脆. Fe−Mn−C 系、Fe−Mn−Al−C 系等含 Mn 量高的汽车结构用钢因层错能较高， 不仅直接决定了其强韧性机制，还对其服役性能有重要影响. 在 Fe−Mn−C 系 TWIP 钢的成分基础上，添加少量 Al 元素，形成 Fe−Mn−(Al)−C 钢，不仅能降低钢材密度，提高钢材的强韧性，也因 Al 元素改变了钢材的微观组织构成，一定程度上令氢脆得 到缓解. 但当 Al 含量较高时 ，形成低密度钢 ，其组织构成更加复杂 ，析出物更多 ，导致氢脆敏感性更显著. 本文从 Fe−Mn−(Al)−C 高强韧性钢的组织构成、第二相、晶体缺陷等特征出发，综述了 H 在 Fe−Mn−(Al)−C 钢中的渗透、溶解和扩散 行为，H 与基体组织、析出相、晶格缺陷的交互作用，H 在钢中的作用模型、氢脆机制、氢脆评价手段和方法等. 并评述了 Fe−Mn−(Al)−C 高强韧性钢氢脆问题开展的相关研究工作和最新发展动态，指出通过第一性原理计算、分子动力学模拟和借 助氢原子微印技术、三维原子探针等物理实验相结合的方法是从微观层面揭示高强韧性钢氢脆机制的未来发展方向. 关键词    低密度钢；TWIP；氢脆；晶格缺陷；微观机制 分类号    TG142.1 Research  progress  toward  hydrogen  embrittlement  microstructure  mechanism  in Fe–Mn–(Al)–C high-strength-and-toughness steel ZHANG Xiao-feng1,2) 苣 ，WAN Ya-xiong1,2) ，WU Xue-jun1,2) ，KAN Zhong-wei1,2) ，HUANG Zhen-yi1,2) 1) Anhui Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Resources Recycling (Anhui University of Technology), Maanshan 243002, China 2) School of Metallurgical Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243002, China 苣 Corresponding author, E-mail: egzxf@ahut.edu.cn ABSTRACT    With the rapid development of the automobile industry, the development and application of lightweight automobile steel are increasingly extensive. The second- and third-generation automobile steels with a tensile strength of over 1000 MPa are usually of duplex  structure.  Through  solid  solution  strengthening,  precipitation,  deformation,  fine  grain  strengthening,  and  other  strengthening methods, a large number of defects are formed in the matrix, which makes the steel more sensitive to hydrogen in the service process and prone  to  hydrogen  embrittlement  under  very  small  hydrogen  dissolution  conditions.  The  high-Mn  content  steels  Fe−Mn−C  and Fe−Mn−Al−C steels have high stacking fault energy, which not only influences their strength and toughness but also significantly affects their  service  performance.  Based  on  the  composition  of  twinning-induced  plasticity  (TWIP)  steel  of  the  Fe−Mn−C  system,  adding  a small  amount  of  Al  element  to  form  Fe−Mn−(Al)−C  steel  can  not  only  reduce  the  steel  density  and  improve  the  steel  strength  and toughness but also change the steel microstructure to a certain extent; the effect on the microstructure reduces the steel susceptibility to hydrogen  embrittlement.  However,  when  the  Al  content  is  high,  low-density  steel  with  a  more  complex  structure  is  formed,  and  the 收稿日期: 2019−11−05 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51674004） 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期：949−962，2020 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 8: 949−962, August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.05.005; http://cje.ustb.edu.cn