导读：由于在700-950℃时热延展性下降，横向开裂是TWIP钢连铸过程中的主要问题。本研究通过精炼铸态组织来提高18.1Mn-0.68C-1.5Al (wt.%) TWIP钢的热延性。采用将含MnS的母合金直接添加到熔体中来实施孕育处理。由于MnS在熔体中不溶解，它们在奥氏体成核过程中充当异相形核位点。因此，经MnS孕育处理的钢相互比于参考钢具有更细的晶粒尺寸。此外，MnS颗粒具有多边形形状，随机分布，并与奥氏体具有立方对立方取向关系；两个惯析面都平行于{111}。与之前报道的TWIP钢相比，MnS孕育的TWIP钢的热延展性有显著提高。我们的发现有助于使TWIP 钢的制造成为可能，从而使 TWIP 钢能够广泛用于各种应用，尤其是汽车领域。

孪晶诱导塑性 (TWIP) 钢以出色的高强度-延展性组合和高能量吸收能力而闻名，使其成为汽车应用领域极具吸引力的材料。然而，由于合金加工成本高和制造相关问题，其应用仍不广泛。尤其是横向裂纹被报道为一个在TWIP钢生产中重要问题。连铸过程中横向开裂的概率可以通过热延性来预测，热延性是通过高温拉伸试验获得的断面收缩率(RA)来评估的。许多TWIP钢在700-950℃变形时，热延性下降。为了成功的铸造，RA大于40%是非常必要的。

研究人员做了一些努力来阐明影响 TWIP 钢的热延展性的机制。由于 TWIP 钢含有单相 γ，晶界滑动会导致钢的断裂。在热拉伸试验期间，γ晶界处的高应力集中促进了微裂纹的形核，这些裂纹沿着γ晶界逐渐生长并合并，导致沿晶断裂。同样，在 γ 晶界处析出第二相颗粒（如 AlN 和 TiC）也具有不利影响，因为它们处于有利于裂纹形成的位置。相反，由于晶粒细化效应，快速动态再结晶动力学可以恢复热延展性，从而将裂纹与其传播路径分离开。遗憾的是，据报道，非微合金化 TWIP 钢具有缓慢的动态再结晶动力学性。因此，它对提高在700-950℃范围内的热延展性的贡献是有限的。

研究人员尝试采用一些方法来提高热延展性。较快的应变速率能提高合金的热延展性。然而，在现有的制造设备中，应变速率难以改变，通常在矫直操作中，应变速率在10?3-10?4 s?1范围内。此外，研究人员还研究了合金添加量的影响。Kang等人的研究表明，Ti和B的共同添加提高了TWIP钢的热延展性。Ti消耗N，能阻碍晶界处AlN和BN的析出;同时，B偏析会强化晶界。Salas-Reyes等人发现添加V的TWIP钢比未添加V的钢表现出更快的动态再结晶，从而提高了热延展性。值得注意的是，其他元素如Nb和Ni会由于在晶界处形成沉淀物而产生不利影响。尽管它们对热延展性的影响不同，但添加这些昂贵的合金元素会进一步增加TWIP钢的成本。晶粒细化是一种替代方法，它将促进动态再结晶的发生，从而抑制微空洞的形成。因此，具有较小晶粒尺寸的 TWIP 钢表现出较高的RA。然而，在主要通过孕育处理实现的连铸工艺中，降低铸态晶粒尺寸具有挑战性的。孕育处理可以通过添加合金来进行，这会形成充当孕育剂的第二相颗粒，如添加Ti、Zr、Mg和Ce以形成Ti2O3、ZrO2、MgO、Ce2O3和富含 Ce 的化合物颗粒。孕育处理也可以通过直接向熔体中加入孕育剂颗粒来实现，这在铝合金中得到了广泛应用。晶粒细化程度与γ与孕育剂颗粒的晶格错合密切相关;Ce2O3和ZrO2颗粒相比MgO与γ的不匹配更小，在晶粒细化方面更有效。

值得注意的是，MnS颗粒可能是一种很有前途的孕育剂，因为它们和γ之间的晶格失配也是最小的。MnS的这种潜在优势尚未实现，原因有二。首先，Mn和S作为合金元素倾向于向γ晶界偏析，从而降低了晶界内聚力。其次，Mn与S结合在γ晶界形成MnS颗粒会促进沿晶断裂，降低热延展性。然而，当MnS颗粒存在于γ基体中时，它们并不会影响热延展性。因此，正确使用MnS颗粒作为一种有效的孕育剂而不引起晶间破裂是一个挑战。

在这里，浦项科技大学的T.T.T. Trang、Soo-Yeon Lee、Yoon-Uk Heo等探讨了在铸态条件下使用MnS颗粒作为孕育剂来细化γ晶粒尺寸，从而提高TWIP钢的热延展性的可能性。对TWIP钢的铸态组织进行细化，对于提高其力学性能和解决横向开裂问题具有重要意义。MnS 孕育合金可以在连铸过程中通过送丝法进入结晶器（铸模），从而提高TWIP钢的热延展性。我们的发现有助于使TWIP 钢的制造成为可能，从而使 TWIP 钢能够广泛用于各种应用，尤其是汽车领域。相关成果以题为“Improved hot ductility of an as-cast high Mn TWIP steel by direct implementation of an MnS-containing master alloy”发表在《Scripta Materialia》上。

本文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646222001853

图1所示：(a) TWIP钢锭的制造工艺示意图，(b)热拉伸试验中的热循环，以及(c)显示TWIP钢中粗晶粒和MnS孕育的TWIP钢锭中细晶粒的截面图像。

图 2所示：TWIP 钢（a）未添加和（b）添加 MnS 孕育剂的铸造方向观察到的反极图；(15°- 62°)用黑色高亮显示。（c）从过冷区柱状的过渡晶带获得的扫描电子显微照片显示 MnS 颗粒的均匀分布。(d) MnS 颗粒的 EDS 组成图。

图3所示：从[110]γ区轴观察到MnS粒子与γ基体的取向关系:(a)衍射图，(b)亮场和暗场TEM显微图，(c-d) HAADF-STEM图像;γ和MnS粒子都是在< 110 >区轴上观察到的。(d)中的白色虚线沿原子列排列，线与线之间的距离对应于{111}γ或{222}MnS的平面间距。(d)中的插图是γ和MnS的快速傅里叶变换(FFT)图形，以及用于识别错配位错及其Burgers矢量的逆FFT图像。

图 4所示： (a) 研究钢在 800°C 和 900°C 下变形的应力-应变曲线。(b) 断面收缩率 (RA)与温度的函数关系；插图是断裂试样的侧视图。(c-j) 低倍和高倍扫描电镜图像显；(c-f) TWIP 和(g-j)由 MnS孕育处理的TWIP 钢的断口。

图5所示；研究了Fe-18Mn-0.6C-1.5Al TWIP钢的热延展性，并与(a)添加和不添加微量合金化元素的TWIP钢和(b)不同Mn含量的TWIP钢进行了比较。(c)晶粒尺寸对TWIP钢900℃热塑性的影响。