北京科技大学《MSEA》:层状异质结构设计显著提高含铝低密度钢的冲击韧性

近年来，由于环境问题的日益凸显，节能减排的绿色经济成为现代社会发展的主流。轻质钢结构凭借其优异的性能和实现节能减排的能力，在人们的日常生活和各个行业中得到了广泛的应用。Fe-Mn-Al-C系低密度钢，因其具有高的比强度和更低的密度，获得了学术界和工业的广泛关注。每加入1%的Al可以使钢基体的密度降低1.3%。然而，Al的加入会使晶界弱化，明显降低钢的冲击韧性。如何提高提高其韧性成为了此类钢能否应用海洋装备用钢的关键。

基于上述问题北京科技大学王学敏教授团队通过成分设计和TMCP工艺制备出了具有层状铁素体/马氏体的双相低密度钢，显著提高了含Al低密度钢在低温下的冲击韧性。相关论文以“The determining role of laminar heterostructures on the mechanical properties of low-density steels”发表在Materials Science & Engineering A上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145340

图1 实验钢的热轧过程和热处理过程中的微观组织结构演化示意图

图2 实验钢的力学性能测试结果，（a）示波冲击统计结果，（b）加工硬化率曲线

图3 实验钢夏比冲击断口的SEM照片

图4 利用Phyton语言编程和Channle5对实验钢界面类型进行分类和表征

总之，作者通过成分设计和控制轧制制备出了具有层状铁素体/马氏体微观组织的含Al低密度钢，通过调制处理证实了层状组织对实验钢力学性能的决定作用。通过分析微观组织演变、力学性能、冲击断口、织构、界面类型及密度，解释了层状组织的增韧机理。该研究为海洋工程用低密度钢增韧提供了新的思路，有助于高性能海洋装备用钢的研发设计。