背景简介

先进高强度钢（Advanced High Strength Steels，AHSS）在钢铁工业中的重要性日益提升。超高强度钢是先进高强度钢的一个重要类别，其强度和耐磨性是关键性能指标。典型应用包括重型车辆车身框架和农业机械设备。超高强度钢通常采用热机械轧制与直接淬火工艺制造，从而形成以马氏体为主的微观组织。根据冷却速率的不同，马氏体还可能发生自回火。较高的强度要求不可避免地导致材料塑性降低，从而限制了超高强度钢板材的弯曲成形性能。因此，超高强度钢的弯曲行为已成为众多实验研究的重点。已有研究表明，轧制工艺会显著影响原奥氏体晶粒形貌及马氏体组织，其中过度扁平化的原奥氏体通常不利于弯曲性能。然而，板条马氏体具有明显的塑性各向异性，沿惯习面方向更容易发生滑移，且能够容纳较大的局部塑性变形。因此，原奥氏体形貌、马氏体惯习面取向与宏观弯曲性能之间的关系仍需进一步明确。

成果介绍

（1）本文对比了扁平化原奥氏体钢（GPC）和近等轴原奥氏体钢（GEQ）的拉伸性能和差异。结果如图1和表1所示。尽管两种超高强度马氏体钢具有接近的抗拉强度，但其弯曲性能存在显著差异。GPC在较低弯曲应变下便出现表面开裂，且随着变形增加，局部化带逐渐发展为连续的宏观剪切带，最终导致断裂。相比之下，GEQ虽然同样表现出明显的局部变形，但未出现严重的宏观剪切带扩展和表面开裂，因而表现出更优异的弯曲性能。

表1 SEM-DIC弯曲试样首次出现表面裂纹和最终发生横截面开裂时，全局区域内的平均应变

图1 SEM-DIC弯曲试验的宏观形貌，试验中弯曲轴垂直于轧制方向：（a₁-a₃）不同应变水平下试样拉伸表面及横截面的形貌；（a₄）最终变形阶段的横截面形貌；（b₁-b₄）另一组试样的试验结果，排列顺序与图（a₁-a₄）相同；（c₁, c₂）拉伸表面的局部放大图，分别对应于图（a₂）和（b₃）

（2）揭示了两种马氏体钢的微观损伤机制。通过对比变形前后的SEM图像发现，两种材料的主要微观损伤形式均为晶界或马氏体板条边界开裂，但损伤程度存在明显差异（图2）。对于GPC，由于马氏体板条较细、边界密度较高，且板条取向与微观剪切带方向不一致，局部塑性变形需要通过惯习面外滑移进行协调，使剪切带与大量板条边界相交，从而促进边界开裂。此外，粗细马氏体板条之间的局部力学性能差异也可能促进损伤形成。因此，GPC在低角度晶界、高角度晶界及原奥氏体晶界处均出现了明显损伤。相比之下，GEQ的马氏体板条较粗、边界间距较大，即使发生明显的局部塑性变形和惯习面外滑移，也能够在不频繁穿过板条边界的情况下协调变形，因而损伤明显减少，且主要集中于原奥氏体晶界。这表明，马氏体板条的尺寸和取向共同影响局部塑性变形的协调能力，是决定微观边界损伤程度的重要因素。

图2 G_PC和G_EQ两种材料的微观损伤分析示例：（a、c）分别为G_PC和G_EQ的未变形微观组织，彩色圆圈标记了观察到的损伤位置；（b、d）为相同区域变形后的微观组织，并标出了对应的损伤位置；（e₁ - e₅、f₁ - f₅）为损伤位置的局部放大图，其中子图1–3来自G_PC，子图4-5来自G_EQ

（3）揭示了微观剪切带向宏观剪切带演化的过程及其对弯曲失效的影响。断后EBSD分析表明，GPC中形成了明显且连续的宏观剪切带，这些宏观剪切带由多条微观剪切带连接、合并而成。由于GPC中微观剪切带密度较高、取向较为一致，且伴随大量晶界和板条边界损伤，促进了宏观剪切带的形成与扩展，最终导致材料断裂。相比之下，GEQ中的微观剪切带数量较少、取向更加分散，且局部塑性变形能够在不产生大量边界损伤的情况下得到协调，从而限制了宏观剪切带的连续扩展。这表明，微观剪切带的连通性及其伴随的边界损伤是影响宏观剪切带扩展和材料弯曲失效的重要因素。

图3 弯曲试样截面的断后EBSD分析。左侧为弯曲至90°的G_PC试样，右侧为弯曲至160°的G_EQ试样：（a₁、a₂）晶体取向图；（b₁、b₂）相同区域的带斜率图

致谢

本研究得到MarBend项目的支持，项目编号为T22005。本文第一作者：Casper Johannes Andreas Mornout（Eindhoven University of Technology），本文通讯作者：Johan Hoefnagels（Eindhoven University of Technology）。

本期小编：华飞龙 （整理）

董乃健 （校对）

程 航 （审核）

董乃健 （发布）