王玉昌，蘭 鵬，李 楊，張家泉

(北京科技大學(xué) 鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京 100083)

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合金元素對Fe-Mn-C系TWIP鋼力學(xué)行為的影響

王玉昌，蘭 鵬，李 楊，張家泉

(北京科技大學(xué) 鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京 100083)

采用熱力學(xué)計算、靜態(tài)拉伸、XRD、OM與SEM等方法分析了 Fe-Mn-C系TWIP鋼中合金元素對基體力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明：TWIP鋼中Mn含量增加時，基體的屈服強度和抗拉強度均減小，總伸長率增大；C含量增加時，其屈服強度和抗拉強度先增大后減小，在0.6%(質(zhì)量分數(shù)，下同)時存在最大值；當(dāng)Mn含量為20%時，TWIP鋼總伸長率隨C含量增加而增大，而Mn含量為22%時則相反。TWIP鋼的強塑積隨Mn含量的增加而增大，其在C含量為0.4%試樣中的體現(xiàn)尤為明顯。對于Mn含量為20%的TWIP鋼，其強塑積隨C含量增加而增大；而對于Mn含量為22%的TWIP鋼，其強塑積隨C含量增加而減小。

TWIP鋼；合金元素；力學(xué)行為；層錯能

汽車輕量化為先進高強度鋼的開發(fā)和應(yīng)用提供了新的契機。雙相鋼、多相鋼、相變誘導(dǎo)塑性(Transformation Induced Plasticity，TRIP)鋼和孿晶誘導(dǎo)塑性(Twinning Induced Plasticity，TWIP)鋼已逐漸受到企業(yè)和學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-4]。TWIP鋼是集高強度、高塑性和高加工硬化率于一體的先進汽車用鋼，其強塑積可達傳統(tǒng)汽車鋼的3倍以上，在白車身輕量化研究中具有突出優(yōu)勢[5]。早在2005年，安塞洛米塔爾和蒂森克虜伯即開始攻關(guān)Fe-22Mn-0.6C TWIP鋼的工業(yè)化難題[6]；2009年，韓國浦項鋼鐵公司率先打通了Fe-18Mn-0.6C-1.5Al TWIP鋼冶煉-澆鑄-軋制生產(chǎn)線[7]；同年，我國的寶鋼[8]、鞍鋼[9]、北京科技大學(xué)[10,11]、東北大學(xué)[12]等也相繼著手開發(fā)TWIP鋼，對材料制備、測試、表征和形變機制等進行了系統(tǒng)研究，但相關(guān)成果遠不及國外顯著。當(dāng)前，國內(nèi)僅寶鋼、鞍鋼能夠提供TWIP 950級別的冷軋產(chǎn)品。已有研究表明，第一代Fe-Mn-Si-Al系TWIP鋼具有良好的強度和卓越的塑性，二者分別約為600MPa和100%。然而，Si, Al合金化為TWIP鋼工業(yè)化帶來難以避免的澆注和涂鍍問題[13,14]；第二代TWIP鋼以Fe-Mn-C(-Al)系為主，與第一代TWIP鋼相比強度有所提高而塑性略有下降，其值分別可達1000MPa和60%。合金成分優(yōu)化后該系列TWIP鋼的澆注和加工性能明顯改善，已在歐洲和韓國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前，已開發(fā)的兩代TWIP鋼均是先進高強度汽車鋼領(lǐng)域的研究焦點。

TWIP鋼的強/塑性機制與常見鋼種差異明顯，其形變時以孿生、滑移以及二者的交互作用為主。對于奧氏體TWIP鋼來說，可以通過計算基體的堆垛層錯能建立成分控制策略[15,16]。當(dāng)層錯能低于12mJ·m-2時，基體通過形變誘導(dǎo)相變避免局部變形進而改善塑性；當(dāng)層錯能在12～35mJ·m-2范圍內(nèi)時，其變形后會產(chǎn)生大量機械孿晶，在動態(tài)Hall-Petch效應(yīng)下基體伸長率顯著提高；而當(dāng)層錯能高于35mJ·m-2時，相變和孿生均難以發(fā)生，位錯滑移成為基體塑性變形的主要機制。實際上，堆垛層錯能優(yōu)化TWIP鋼的成分設(shè)計是基于形變機制范疇，仍不能直接預(yù)測基體強度與塑性的變化規(guī)律。已有研究大多是針對Fe-Mn-Si-Al系TWIP鋼合金元素與產(chǎn)品力學(xué)行為關(guān)系進行的理論和實驗分析[17-20]，而關(guān)于Fe-Mn-C系TWIP鋼的報道較少。本工作基于ThermoCalc軟件預(yù)測7種TWIP鋼試樣的基體組織，根據(jù)熱力學(xué)模型計算不同鋼種的堆垛層錯能并探討其與化學(xué)成分的相關(guān)性，采用MAC-21 超高功率X射線衍射儀檢測試樣形變前后的相結(jié)構(gòu)，通過FEI MLA 250掃描電子顯微鏡和OLYMPUS LEXT OLS4000光學(xué)顯微鏡表征基體晶粒形貌特征，結(jié)合力學(xué)性能測試結(jié)果揭示了溶質(zhì)元素對Fe-Mn-C系奧氏體TWIP鋼拉伸行為的影響，為下一代高強、高韌汽車鋼的成分調(diào)控提供可靠的參考依據(jù)。

1 實驗材料與方法

采用25kg中頻真空感應(yīng)爐在氬氣保護下冶煉不同成分的Fe-Mn-C系TWIP鋼，各鑄錠的實測成分如表1所示。為了改善試樣均質(zhì)性，將TWIP鋼鑄錠在1200℃擴散退火2h，之后鍛至截面尺寸為30mm×80mm的中間坯；經(jīng)1200℃保溫1h后采用直徑350mm雙輥軋機進行熱軋，其厚度約為4.0mm；采用濃鹽酸清洗TWIP鋼熱軋板的氧化鐵皮，而后在室溫下經(jīng)10道次軋至最終厚度約為1.6mm；利用箱式退火爐對TWIP鋼冷軋試樣進行熱處理，退火溫度為750℃，保溫時間為10min；考慮到TWIP鋼試樣高溫時的氧化比較嚴重，將其表面厚約0.3mm的脫錳脫碳層磨去。

表1 Fe-Mn-C系TWIP鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)/%)

根據(jù)美國ASTM E8M標準制備TWIP鋼板材拉伸試樣，標距寬度為6mm，長度為25mm。采用CMT5105電子萬能試驗機測試7種Fe-Mn-C系TWIP薄板試樣的拉伸性能，初始應(yīng)變率設(shè)置為0.001s-1，引伸計量程為100%。由于TWIP鋼的屈服特征不顯著，測試中以塑性變形為0.2%的應(yīng)力值作為試樣的屈服強度。試樣的相結(jié)構(gòu)采用MAC-21 超高功率X射線衍射儀來檢測，Cu靶，電壓為40kV，掃描速率為5(°)/min。TWIP鋼拉伸前、后基體的晶粒形貌通過FEI MLA 250掃描電子顯微鏡(加速電壓為30kV)和OLYMPUS LEXT OLS4000光學(xué)顯微鏡表征。

2 模型與實驗結(jié)果

2.1 熱力學(xué)計算結(jié)果

基于ThermoCalc軟件TCFE6數(shù)據(jù)庫計算1200℃和600℃時Fe-Mn-C系的三元相圖，如圖1所示。由圖1可見，當(dāng) Mn含量大于15%(質(zhì)量分數(shù)，下同)時Fe-Mn-C系TWIP鋼可獲得奧氏體基體(FCC_A1)。由于ThermoCalc軟件預(yù)測Mn含量的有效區(qū)間為0%～20%，更高含量時模型預(yù)測結(jié)果的可靠性仍有待驗證。盡管如此，可初步判定實驗中設(shè)計的7種TWIP鋼基體為單一奧氏體。

圖1 Fe-Mn-C系的三元相圖 (a)1200℃；(b)600℃Fig.1 Phase diagrams of Fe-Mn-C ternary system (a)1200℃;(b) 600℃

根據(jù)雙亞點陣模型計算Fe-Mn-C系奧氏體鋼25℃時的堆垛層錯能如圖2所示，相關(guān)參數(shù)見文獻[21-23]。對于成分為0.4%～0.7%C，20%～24%Mn的TWIP鋼來說，其基體的堆垛層錯能隨Mn，C含量增加而增大，反映了合金元素對TWIP鋼形變機制的直接影響。表2為該模型預(yù)測的7種TWIP鋼的層錯能值。由表2數(shù)據(jù)可知，實驗鋼種的層錯能為14.0～33.5mJ·m-2，基本位于TWIP效應(yīng)對應(yīng)的范圍內(nèi)[15]，形變時將以孿生誘導(dǎo)塑性為主要機制。

圖2 Fe-Mn-C系奧氏體鋼25℃時的堆垛層錯能Fig.2 Stacking fault energy(SFE) of Fe-Mn-C austenite steels at 25℃

SpecimenNo．SFE/(mJ·m-2)1#14．02#20．43#19．44#23．05#26．36#29．47#33．5

2.2 實驗結(jié)果

圖3為3#和5#試樣各流程下的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖3可見，F(xiàn)e-Mn-C系TWIP鋼力學(xué)性能不同于常見鋼種，同時兼具高強度和高塑性的特征。由于TWIP鋼具有面心立方的奧氏體結(jié)構(gòu)，其靜態(tài)拉伸時均勻伸長率(Agt)與總伸長率(At)比較接近，間接反映了低層錯能基體形變過程中對動態(tài)回復(fù)的抑制以及對加工硬化的改善。表3是室溫下TWIP鋼試樣在應(yīng)變率為0.001s-1時的拉伸實驗結(jié)果。盡管TWIP鋼的溶質(zhì)含量不同，但熱軋、冷軋和退火后試樣拉伸性能均呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律。熱軋后各TWIP鋼試樣可獲得良好強度與塑性的結(jié)合，冷軋后抗拉強度(Rm)大幅提高而塑性顯著降低，退火后大部分試樣的綜合拉伸性能有所提高。本研究中TWIP鋼冷軋-退火板材的屈服強度(Rp0.2)在390～460MPa范圍內(nèi)，抗拉強度基本在950～1100MPa水平，伸長率大體處于0.50～0.70之間，而強塑積(Rm×At)可達50～70GPa·%。分析表明，7種TWIP試樣的屈強比大多低于0.50，說明其均具備良好的加工硬化性能。

圖4為7種TWIP鋼試樣拉伸前后的X射線衍射結(jié)果。由圖4可見，各TWIP鋼試樣拉伸前為單一奧氏體基體，與ThermoCalc軟件預(yù)測結(jié)果一致(見圖1)；各試樣奧氏體特征峰非常明顯，衍射譜峰值高、峰寬小，說明形變前基體晶粒尺度相對較大。本實驗中7種TWIP鋼板材靜態(tài)拉伸后僅在1#試樣中發(fā)現(xiàn)了極少量ε馬氏體，其余試樣均仍為單一奧氏體，即形變過程中未發(fā)生γ→ε轉(zhuǎn)變；拉伸后各奧氏體特征峰寬化鈍化，說明形變過程中形成了大量的機械孿晶細化了基體，如圖5所示。值得注意的是，試樣形變時其晶粒取向也發(fā)生了變化，奧氏體γ(111)和γ(222)峰值明顯降低，而γ(220)峰值升高，說明拉伸過程中晶粒向有利于孿生的方向轉(zhuǎn)動。

圖3 Fe-Mn-C系TWIP鋼工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線 (a)3#；(b)5#Fig.3 Engineering stress-strain curves of Fe-Mn-C TWIP steels (a)3# ;(b)5#

SpecimenNo．ProcessRp0．2/MPaRm/MPaRp0．2/RmAgt/%At/%(Rm×At)/(GPa·%)1#Hotrolled511．91039．30．492545．9059．4761．8Coldrolled-1460．3----Annealed437．71023．10．427847．2548．0449．12#Hotrolled503．21032．70．487337．1437．2738．5Coldrolled-1459．0----Annealed459．81101．80．414656．6657．2563．13#Hotrolled331．5917．70．361250．6857．9253．2Coldrolled-1532．4----Annealed401．7985．30．407754．5567．9867．04#Hotrolled354．5993．20．356952．9459．9859．6Coldrolled-1389．5----Annealed392．51007．20．389750．1360．8161．25#Hotrolled309．1860．90．359052．4660．1051．7Coldrolled-1420．4----Annealed423．21044．30．405250．8458．8561．56#Hotrolled533．81021．50．522621．8922．7823．3Coldrolled-1420．4----Annealed396．0973．00．407051．3156．7155．27#Hotrolled416．01002．10．415155．8266．9067．0Coldrolled-1437．7----Annealed419．31026．10．408654．8566．4168．1

圖4 TWIP鋼拉伸前后的X射線衍射結(jié)果 (a)拉伸前；(b)拉伸后Fig.4 X-ray diffraction results of TWIP steels (a)before tension;(b)after tension

圖5 TWIP鋼試樣的晶粒形貌 (a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)4#Fig.5 Grain morphology of TWIP steels (a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)4#

3 分析和討論

大量研究表明，實現(xiàn)TWIP鋼高強度與高塑性良好結(jié)合的重要條件是其基體必須為面心立方奧氏體。根據(jù)圖1可知，當(dāng)TWIP鋼中Mn含量高于15%時可獲得600℃的單一奧氏體基體。然而，ThermoCalc數(shù)據(jù)庫中Mn含量有效范圍為0%～20%，其在高合金Fe-Mn-C TWIP鋼相組分預(yù)測中的應(yīng)用仍存在爭議。圖4(a)中證實7種TWIP鋼試樣X射線衍射測試中并未發(fā)現(xiàn)鐵素體或馬氏體，與TCFE 6.0數(shù)據(jù)庫計算結(jié)果完全一致，因此，當(dāng)前仍可參考ThermoCalc的預(yù)測結(jié)果進行Fe-Mn-C系TWIP鋼的成分設(shè)計和優(yōu)化。

對于FCC結(jié)構(gòu)的奧氏體來說，堆垛層錯能較低時滑移的靈便性變差，擴展位錯難以束集，不利于交滑移進行，反而容易誘發(fā)孿晶。本研究中7種TWIP鋼堆垛層錯能位于14.0～33.5mJ·m-2之間，形變時將以孿生誘導(dǎo)塑性為主要機制[15]，XRD和SEM實驗結(jié)果(圖4與圖5)也證實了試樣拉伸時基體中發(fā)生了TWIP效應(yīng)。盡管1#試樣拉伸后基體中檢測到少量ε馬氏體，綜合分析其力學(xué)性能可判定孿生行為仍是塑性變形的主要機制。根據(jù)圖5可知，冷軋TWIP鋼750℃退火10min后，基體晶粒的平均尺寸約為10～20μm。試樣拉伸后基體中出現(xiàn)大量形變孿晶，且由于取向差異仍可觀察到少數(shù)未發(fā)生孿生變形的晶粒。

圖6、圖7和圖8分別是Fe-Mn-C系TWIP鋼屈服強度、抗拉強度和總伸長率隨合金元素含量的變化規(guī)律。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，TWIP鋼冷軋-退火試樣的屈服強度和抗拉強度均隨Mn含量增加而減小，而總伸長率隨Mn含量增加而增大。對比0.4%C和0.6%C的兩組數(shù)據(jù)可見，這一規(guī)律對基體中的碳含量并不敏感。Frommeyer等[5]對不同Mn含量的Fe-Mn-Si-Al系試樣進行了力學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)Mn含量在15%～30%范圍內(nèi)增大時，其屈服強度和抗拉強度減小，而均勻伸長率和總伸長率增加；Ding等[17]通過靜態(tài)拉伸實驗分析了Fe-24Mn-3Si-3Al和Fe-33Mn-3Si-3Al兩種TWIP鋼的拉伸性能，表明試樣的屈服強度和抗拉強度隨Mn含量增加而減小，而伸長率隨Mn增加而增大；Mi等[18]分析了Fe-(16,19,23,28)Mn-3Si-3Al系TWIP鋼固溶水韌試樣的靜態(tài)拉伸行為，房秀慧等[19]表征了Fe-(18～30)-3Si-3Al 3種TWIP鋼鍛后試樣的力學(xué)性能和孿生織構(gòu)，陸惠菊等[20]測定了Fe-(15～32)Mn-3Si-3Al系5種冷軋-退火試樣的力學(xué)行為和相組分，以上研究中的實驗數(shù)據(jù)均表明Fe-Mn-Si-Al系TWIP鋼中高Mn合金化可以降低強度而提高塑性，這與本研究對Fe-Mn-C系TWIP鋼的分析結(jié)論是一致的。Hoffmann等[24]比較了Fe-18Mn-0.6C和Fe-23.5Mn-0.6C兩種TWIP鋼在不同應(yīng)變速率下的拉伸性能，靜態(tài)拉伸時基體的抗拉強度隨Mn含量增加而降低，伸長率則隨之增大，動態(tài)拉伸時這一規(guī)律并不明顯；Hong等[25]分析了兩種TWIP鋼Fe-18Mn-0.6C和Fe-22Mn-0.6C在應(yīng)變率為0.001s-1條件下力學(xué)行為，其實驗結(jié)果與本研究揭示的變化規(guī)律完全相符，進一步驗證了以上結(jié)論的可靠性。根據(jù)圖2和表2可知，當(dāng)基體中Mn含量增加時，體系層錯能略有增大，在一定程度上抑制了馬氏體相變而有利于孿生，進而強度下降而塑性增加。對比圖5(a)，(c)可以看出，當(dāng)TWIP鋼中Mn含量從20%增加到22%時，拉伸后試樣中形變孿晶密度明顯增加，促進基體伸長率提高。

圖6 TWIP鋼屈服強度隨合金元素含量的變化 (a)Mn;(b)CFig.6 Yield strength variation against alloying element content in TWIP steels (a)Mn;(b)C

圖7 TWIP鋼抗拉強度隨合金元素含量的變化 (a)Mn;(b)CFig.7 Tensile strength variation against alloying element content in TWIP steels (a)Mn;(b)C

圖8 TWIP鋼伸長率隨合金元素含量的變化 (a)Mn;(b)CFig.8 Total elongation variation against alloying element content in TWIP steels (a)Mn;(b)C

當(dāng)Fe-Mn-C系TWIP鋼中C含量增加時，基體的屈服強度和抗拉強度先增大后減小，在C含量為0.6%時存在最大值；TWIP鋼總伸長率隨C含量的變化與Mn含量有關(guān)。對于Mn含量為20%的試樣，其伸長率隨C含量增加而增大；而當(dāng)Mn含量為22%時，其伸長率隨C含量增加而減小。通常，C原子在Fe-Mn合金中為間隙固溶，導(dǎo)致基體中產(chǎn)生晶格畸變，其周圍的應(yīng)力場及其形成的C-Mn原子團阻礙位錯運動，進而屈服強度隨C含量增加而增大。Fe-Mn-C系TWIP鋼的抗拉強度不僅與TRIP/TWIP效應(yīng)有關(guān)，還受到C的固溶作用及基體中碳化物的影響[26]。當(dāng)TWIP鋼中含碳量在一定范圍內(nèi)增加時，其固溶強化作用增強，有利于提高抗拉強度；同時由于堆垛層錯能的增大而促進孿晶形成，改善了基體塑性。當(dāng)C含量過高時可能在晶界處形成的碳化物惡化了材料的拉伸性能，此時的變形機制與Hadfield鋼[27]比較相近。TWIP鋼的伸長率主要與形變孿晶的形成和擴展有關(guān)。對于Mn含量為20%的TWIP鋼，其堆垛層錯能處于比較低的水平，C含量從0.4%增大到0.6%時基體層錯能從14.0mJ·m-2增加到20.4mJ·m-2，在一定程度上促進了形變孿生，基體塑性隨之改善；觀察圖5(a)，(b)可以發(fā)現(xiàn)，0.6%C試樣拉伸后基體中的孿晶比例較0.4%C時大，與靜態(tài)拉伸實驗測試結(jié)果完全相符。對Mn含量為22%的試樣，基體塑性隨C含量增加逐漸降低。對比圖5(c)，(d)可知，基體中孿晶密度比較接近，塑性惡化與孿生行為基本無關(guān)。圖9中對比了C含量分別為0.4%和0.7%試樣拉伸后光學(xué)顯微鏡下的晶粒形貌。由圖9可見，當(dāng)前制備工藝下C含量較高的試樣中存在沿晶界分布的滲碳體，這可能是導(dǎo)致伸長率下降的主要原因。

圖9 TWIP鋼試樣的晶粒形貌 (a)3#;(b)6#Fig.9 Grain morphology of TWIP steels (a)3#;(b)6#

屈強比和強塑積是反映TWIP鋼形變過程中加工硬化和能量吸收水平的重要指標，它們是除強度與伸長率外評估TWIP鋼力學(xué)性能的關(guān)鍵參數(shù)。圖10和圖11分別是Fe-Mn-C系TWIP鋼屈強比和強塑積隨Mn，C含量的變化關(guān)系。圖10中表明，對于C含量為0.4%和0.6%的TWIP鋼，當(dāng)Mn含量為22%時，其屈強比可達到某一較小值；而對于Mn含量為20%的TWIP鋼，C含量為0.6%的TWIP鋼的屈強比小于C含量為0.4%的對應(yīng)值；對于Mn含量為22%的TWIP鋼，其屈強比在C含量為0.5%時最小。一般來說，屈強比可作為金屬材料加工硬化性能的直觀反映，其不僅與基體結(jié)構(gòu)有關(guān)，也受到形變時強塑機制的影響，以上實驗結(jié)果可為TWIP的成分設(shè)計和力學(xué)性能調(diào)控提供科學(xué)的參考依據(jù)。

Fe-Mn-C系TWIP鋼的強塑積通常在60GPa·%水平，一般可達傳統(tǒng)汽車鋼的3倍以上。根據(jù)實驗結(jié)果，TWIP鋼的強塑積隨Mn含量的增加而增大，這一點在C含量為0.4%試樣中的體現(xiàn)尤為明顯。盡管高Mn合金化降低了TWIP鋼抗拉強度，但其對塑性的改善更為顯著，故綜合效應(yīng)使基體的強塑積增大。對于Mn含量為20%的TWIP鋼，基體的強塑積隨C含量增加而增大；而對于Mn含量為22%的TWIP鋼，其強塑積隨C含量增加而減小。TWIP鋼強塑積隨C含量的變化趨勢與其對強度和伸長率的影響規(guī)律是一致的。

圖10 TWIP鋼屈強比隨合金元素含量的變化 (a)Mn;(b)CFig.10 Yield ratio variation against alloying element content in TWIP steels (a)Mn;(b)C

圖11 TWIP鋼強塑積隨合金元素含量的變化 (a)Mn;(b)CFig.11 Product of tensile strength and ductility variation against alloying element content in TWIP steels (a)Mn;(b)C

4 結(jié)論

(1)TWIP鋼中Mn含量在20%～24%、C含量在0.4%～0.7%時，其基體為單一奧氏體，靜態(tài)拉伸時以孿晶誘導(dǎo)塑性為主要塑性機制。該成分TWIP鋼屈服強度在390～460MPa范圍內(nèi)，抗拉強度基本在950～1100MPa水平，伸長率大體處于0.50～0.70之間，而強塑積可達50～70GPa·%。

(2)Fe-Mn-C系TWIP鋼Mn含量增加時，基體的屈服強度和抗拉強度均減小，總伸長率增大； C含量增加時，其屈服強度和抗拉強度先增大后減小，在0.6%C時存在最大值；TWIP鋼總伸長率隨C含量的變化與Mn含量有關(guān)。

(3)對于C含量為0.4%和0.6%的TWIP鋼，當(dāng)Mn含量為22%時，其屈強比可達到某一較小值；而對于Mn含量為20%的TWIP鋼，C含量為0.6%的TWIP鋼的屈強比小于C含量為0.4%的對應(yīng)值；對于Mn含量為22%的TWIP鋼，其屈強比在C含量為0.5%時最小。

(4)TWIP鋼的強塑積隨Mn含量的增加而增大，這一點在C含量為0.4%試樣中體現(xiàn)尤為明顯。對于Mn含量為20%的TWIP鋼，基體的強塑積隨C含量增加而增大；而對于Mn含量為22%的TWIP鋼，其強塑積隨C含量增加而減小。

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Effect of Alloying Elements on Mechanical Behavior of Fe-Mn-C TWIP Steel

WANG Yu-chang，LAN Peng，LI Yang，ZHANG Jia-quan

(State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science & Technology Beijing,Beijing 100083,China)

The effect of alloying elements on mechanical behavior of Fe-Mn-C TWIP steels was investigated by thermodynamic calculation, static tensile test, XRD, OM and SEM. Results indicate that with manganese content increasing, the yield strength and tensile strength of TWIP steels decrease, while the total elongation varies oppositely. As carbon content increases, the yield strength and tensile strength increase initially and then decline with the maximum located near 0.6%(mass fraction) carbon. When Mn is at 20%, the elongation of TWIP steel increases with carbon content increasing, but exhibits reversed trend in the steels with 22% manganese. The product of tensile strength and elongation increases with manganese content increasing, and it is more obvious in the TWIP steels with 0.4% carbon. As the manganese content is equal to 20%, the product of tensile strength and elongation increases with carbon content increasing. However, for the specimens alloyed with 22% manganese, the product of tensile strength and elongation decreases with carbon content increasing.

TWIP steel；alloying element；mechanical behavior；stacking fault energy

10.11868/j.issn.1001-4381.2015.09.006

TG142.1

A

1001-4381(2015)09-0030-09

鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室基金項目(41603013)

2014-12-08；

2015-07-01 通訊作者：蘭鵬(1985—)，男，博士，主要研究方向為先進汽車鋼組織和性能控制，聯(lián)系地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號北京科技大學(xué)冶金樓417-1(100083)，E-mail:lanpeng@ustb.edu.cn