淬火和分区钢的低成本和优异的强度—可成形性组合使得汽车安全性和轻量化得以改善。尽管如此，在其微观结构中存在的新鲜马氏体已被确定为限制进一步改善可成形性的关键因素。先前的工作已经表明，新鲜马氏体与其周围基体相的硬度对比导致变形期间的脱粘和微裂纹成核。在这项研究中，我们评估了后分配处理回火新鲜马氏体和减少其微裂纹形核趋势的效力。为此，在不同的尺度（即，使用孔扩张试验，单轴拉伸试验，纳米压痕）的机械性能进行了研究;并连接到表征的微观结构成分的扫描电子显微镜，同步加速器X射线衍射，衍射仪，扫描透射电子显微镜。结果表明，后配分处理确实可以降低马氏体的硬度，提高局部成形性和屈服强度。局部可成形性的增加主要是通过新鲜马氏体回火来实现的，其减少了相边界处的硬度失配，增加了微裂纹成核所需的应变。另一方面，观察到屈服强度的额外增加，这是由于来自额外的碳分配的增加的奥氏体稳定性，以及在较小程度上的贝氏体转变。潜在的后分配处理，以提高机械性能的钢超出这里研究的微观结构和成分因素进行了讨论。

背景：

对更安全、更轻的汽车零部件的需求不断增长，推动了先进高强度钢（AHSS）的发展。第三代AHSS含有亚稳残余奥氏体，其在塑性变形时经历马氏体相变，从而产生相变诱导塑性（TRIP），与其它相（例如马氏体和铁素体）结合，从而产生具有高强度和可成形性的钢。调质钢是第三代高速钢中的一类，由于其良好的力学性能和低成本而引起了人们的广泛关注。他们通过等温配分处理实现这一点，该处理使碳从马氏体扩散到奥氏体，使奥氏体足够稳定，以便在冷却至室温后保留，从而产生贫TRIP辅助钢。

QP工艺包括两个步骤，在临界区退火或退火后。首先，钢在马氏体开始（Ms）和马氏体结束（Mf）温度之间淬火，将一些奥氏体转变为马氏体。接下来，钢被等温分配，允许碳从马氏体扩散到奥氏体中，使其稳定，以便在冷却到室温后保留。任何未充分稳定的奥氏体在此时转变为马氏体。配分步骤还可以引起贝氏体转变并回火在第一次淬火中形成的马氏体。在这项工作中研究的钢中，分区之后是在较高温度下的简短镀锌步骤，之后允许样品空气冷却。对于亚临界退火的QP钢，这导致包含铁素体（F）、回火马氏体（TM）、新鲜马氏体（FM）、贝氏体（B）和残留奥氏体（RA）的最终显微组织。RA可进一步细分为两类：尺寸至少为200 nm的块状RA，以及宽度为20-200 nm且存在于B/TM和FM内的间条RA。由于其高的碳含量和来自周围马氏体或贝氏体的静水压力，Interlath RA通常比块状RA更热稳定和机械稳定。在这里，正如在类似的研究中经常做的那样，在我们的一些分析中，回火马氏体和贝氏体被归为一个类别（B/TM），因为这些相在大多数情况下变形时表现相似。

众所周知，在多相合金的塑性变形过程中，相之间的硬度差异有助于应变分配、边界脱粘和微裂纹的形成。在第一代AHSS中进行了这样的观察，其中断裂的双相（DP）钢的金相检查显示铁素体—马氏体界面的脱粘。进一步的研究表明，微裂纹在马氏体内部或其相界处形成，细晶组织中相界脱粘的趋势增加。详细的塑性分析表明，脱粘是铁素体—马氏体界面应变局部化的结果，且该局部化与相间硬度差直接相关。在QP钢中，由于其脆性和硬度与周围相的不匹配，应变局部化和边界脱粘主要发生在新鲜的未回火马氏体（FM）中及其周围。统计分析的QP钢组成相同的一项研究，在这项工作中发现，63%的表面微裂纹形核的位置包含FM，尽管FM相分数只有5.9%。研究还表明，将FM含量从1%增加到9%会导致所有后均匀延性的损失。这些实施例表明，FM对QP钢的机械行为具有不成比例的大影响，即使在低相分数下。

本研究的主要目的是确定等温后分配处理是否可以降低FM的相纳米硬度，以及这是否可以通过增加显微组织的共变形能力来改善局部成形性。由于上述文献一致认为FM限制了局部可成形性，以及回火的众所周知的马氏体软化效应，因此研究了这种处理解决方案。主要的挑战是实现这种软化效果，同时避免其他不期望的效果，如贝氏体转变和碳化物粗化。为了实现这一目标，进行了系统的热处理活动和微观结构和机械响应的表征。进一步的目标包括评估温度和持续时间对局部可成形性和机械性能的影响，量化后配分处理对成形过程中微观结构损伤的成核和生长的影响，以及评估等温处理和后续变形过程中残余奥氏体的稳定性。

我们的研究表明，后配分热处理可以成功地降低FM的纳米硬度，并导致同时提高QP钢的局部成形性和屈服强度。同步辐射X-射线衍射实验，EBSD，和硬度计表明，增加的屈服强度是由于增加的机械稳定性RA从额外的碳分配，与一些额外的贡献从贝氏体转变。根据我们的观察，我们提出了一个近似的温度上限后配分处理，赋予有益的马氏体软化，而不会有风险的新的马氏体的改造后，冷却，可适用于任意组成的钢。

该项研究成果以“Post-partitioning treatment increases both yield strength and local formability in QP steel”为题，在线发表于国际期刊《Acta Materialia》。麻省理工学院材料科学与工程系C.Cem Tasan为该论文通讯作者。该研究工作获得美国印第安纳州东芝加哥的安赛乐米塔尔全球研发实验室的财政支持。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645426007780?via%3Dihub

图1 拉伸变形前后QP钢中含有FM的区域。

（a）变形前的BSE显微照片，FM晶粒以黄色勾勒。

（b）变形后相同区域的复合BSE+SE显微照片，显示FM内和F-FM界面处的表面裂纹。

图2 

（a）在原材料生产中使用的QP +镀锌工艺的示意图。（b）九种后配分处理中每一种的加热、等温保持和冷却曲线。所示冷却速率为近似值。

图3 所接收的显微组织的相位和IQ图。

在（a）中给出了相组成和形态的总体视图，并且在（b）中给出了每个显微组织成分的示例。b4中的比例尺适用于图3b的整体

图4

平均屈服强度，极限抗拉强度，均匀伸长率，后均匀伸长率，V形弯曲角，和孔扩张率的所有九个分区后处理的条件相比，作为接收条件。

图5 350-5和接收状态下损伤成核和生长行为的比较。

分析区域如（a）所示，损伤数密度、平均损伤尺寸和损伤面积分数分别作为局部减薄应变的函数绘制在（b）、（c）和（d）中。单个损伤事件尺寸的累积分布函数如（e）所示。

图6 

在350-5条件下，在后分配处理之前和之后，每个显微组织成分的纳米硬度（ΔHnano）的比较。主图显示了FM，左侧插图为B/TM，中间插图为RA，右侧插图为F。

图7 

（a）通过SXRD和EBSD测量的原始状态和350-5条件下的RA相分数。（b）原始状态和350-5条件下的RA晶格参数。（c）在扩孔试验期间作为厚度减小应变的函数的RA转变。

图8 

350-5处理的膨胀测定结果显示为（a）温度和膨胀对时间和（b）膨胀对温度。（a）中的插图显示冷却后的最终累积膨胀;（b）中的插图显示350 ℃下的等温膨胀。

图9 （a）接收状态和（b）350-5治疗后蚀刻TM的束内SE图像。

（a）实际BF图像和（b）接收样品的平均衍射图案。（c）实际BF图像和（d）350-5处理样品的平均衍射图案。插图显示了从（d）中圈出的碳化物反射位置单独采集的DF图像。（a）和（c）中的红色实心框表示衍射图案平均的区域。

结论：

总之，我们研究了配分后热处理在降低新鲜马氏体的纳米硬度方面的有效性及其通过增加显微组织共变形能力来改善局部可成形性的潜力。所研究的材料是含有铁素体、回火马氏体、新马氏体、贝氏体和残余奥氏体的QP钢。通过扩孔和拉伸试验评价了9种分区后处理对局部成形性和整体机械响应的影响。基于这些结果，显示最有利的性能组合的处理被选择用于进一步表征，以揭示潜在的机制，包括基于SEM的微孔定量、纳米压痕、同步加速器X射线衍射、透射电镜和扫描透射电子显微镜。这些实验的主要结论如下：

·在350 ℃下进行5分钟的后分配处理导致局部可成形性的最大增加，如通过扩孔率测量的，从29.7%增加到37.0%。横截面孔扩张样品的分析表明，分区后处理延迟微孔成核和生长到更高的局部应变水平，并增加了最终的局部应变和损伤水平，导致切割边缘故障。这主要归因于增加的显微组织共变形性，因为新鲜马氏体软化了1.5GPa，将新鲜马氏体—铁素体相边界处的硬度失配从7.8 GPa降低到6.3GPa。

·屈服强度从673增加到722 MPa后分配处理在350 ℃ 5分钟，主要是由于残余奥氏体稳定性增加，其次是贝氏体转变。通过同步加速器X射线衍射测量的增加的奥氏体稳定性延迟马氏体转变到更高的应变水平，也导致均匀延伸率降低和均匀延伸率后增加。这种稳定与额外的碳分配，证明了增加奥氏体晶格参数。在等温膨胀和残余奥氏体分数减少1.97%的支持下，通过引入更硬的贝氏体和释放碳，然后分配到剩余奥氏体中，在后分配处理期间的贝氏体转变进一步增加了屈服强度。

·在450 ℃下，后配分处理导致冷却时新鲜马氏体的再形成，伴随着延展性和块状残留奥氏体分数从6.7%降低到1.0%。马氏体起始温度建模表明，该温度可能代表有益的后配分处理的上限，超过该上限，不期望的微观结构过程超过马氏体回火的有利效果。这一点，以及其他成分和微观结构方面的讨论，提供了一个近似的指导方针，使用分区后处理，以提高局部成形性QP钢超出这里研究的。