自2003年研制出淬火配分（Q&P）鋼以來，碳配分被廣泛應(yīng)用于多相超高強(qiáng)度鋼的設(shè)計(jì)中。其基本原理是碳在分區(qū)處理過程中從馬氏體擴(kuò)散到奧氏體。配分后的奧氏體變得更加穩(wěn)定，即使在室溫下也不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。在Q&P鋼中，殘余奧氏體是亞穩(wěn)態(tài)的，在變形過程中不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而發(fā)生變形誘導(dǎo)塑性（TRIP）效應(yīng)。通過控制殘余奧氏體和TRIP效應(yīng)可以獲得優(yōu)良的強(qiáng)度和延展性組合。

現(xiàn)已開發(fā)出強(qiáng)度達(dá)到1500MPa、延伸率15%的Q&P鋼，但是這種超高強(qiáng)鋼的斷裂韌性較差，限制了Q&P鋼的進(jìn)一步應(yīng)用。現(xiàn)有研究仍集中于殘余奧氏體對(duì)斷裂行為的影響，而馬氏體基體對(duì)斷裂機(jī)理的影響也很重要，所以需要同時(shí)研究殘余奧氏體和馬氏體基體。

日前，香港大學(xué)黃明欣團(tuán)隊(duì)提出了一種調(diào)整馬氏體基體和殘余奧氏體的新型熱處理方法，以增強(qiáng)超高強(qiáng)度Q&P鋼的斷裂韌性，同時(shí)保持良好的強(qiáng)度-延展性組合（抗拉強(qiáng)度1500MPa，延伸率10%以上）。相關(guān)論文以題為“Optimising the strength-ductility-toughness combination in ultra-high strength quenching and partitioning steels by tailoring martensite matrix and retained austenite”發(fā)表在International Journal ofPlasticity。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102851

本研究的原料為工業(yè)用Q&P鋼板材，熱處理方法：以10℃/s的速率升溫至850℃保溫180s，以10℃/s的冷卻速率降溫至190℃，將材料以10℃/s的速率分別升溫至400℃、450℃和500℃（簡(jiǎn)稱PT400、PT450和PT500）保溫450s，冷卻至室溫。

研究發(fā)現(xiàn)PT400、PT450和PT500中殘余奧氏體分別為19.3%、17.8%和3.5%。在PT400和PT450中殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)和形態(tài)相似，PT500中大部分奧氏體已分解為層狀珠光體。對(duì)于PT400，殘余奧氏體在變形過程中緩慢地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這是最佳強(qiáng)延性組合。在PT450中殘余奧氏體不太穩(wěn)定，幾乎所有的奧氏體都在縮頸開始前發(fā)生了轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致均勻伸長(zhǎng)率較低。PT450中殘余奧氏體的穩(wěn)定性降低可能是由于碳含量降低和馬氏體基體軟化造成的。

圖1 Q&P鋼的顯微組織（a, b）PT400; （c, d）PT450; （e, f）PT500

圖2 不同狀態(tài)下Q&P鋼的拉伸性能

圖3 不同狀態(tài)下Q&P鋼的斷裂韌性

圖4 三種狀態(tài)下的（a-c）斷口形貌和（d-e）開裂路徑

馬氏體基體對(duì)斷裂韌性也有一定影響。在板條馬氏體晶界面積、位錯(cuò)密度和位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)方面，PT450和PT500的馬氏體基體比PT400更能充分回復(fù)?；貜?fù)降低了流變應(yīng)力，促進(jìn)了微裂紋尖端前的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，抑制了脆性斷裂的發(fā)生。馬氏體中的固溶碳可以通過應(yīng)變時(shí)效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，所以PT450和PT500中固溶碳含量較低也是斷裂韌性較好的主要因素之一。過渡碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小滲碳體能夠消耗固溶碳和減少析出硬化進(jìn)而降低馬氏體的流變應(yīng)力，不會(huì)引起脆性斷裂。因此，細(xì)小滲碳體的形成對(duì)提高Q&P鋼的斷裂韌性具有重要意義。

圖5 （a） PT400和（b） PT450的微裂紋

圖6 （a） PT400和（b） PT450的APT分析

圖7 （a） PT400, （b） PT450和（c） PT500中碳化物的TEM圖像

綜上所述，Q&P鋼中獲得較平衡的強(qiáng)度、延展性和斷裂韌性關(guān)鍵因素是較高含量的殘余奧氏體、充分回復(fù)的馬氏體基體和形成細(xì)小的滲碳體。本文提出了一種針對(duì)Q&P鋼的熱處理新方法，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大Q&P鋼的應(yīng)用范圍，為其他鋼材的性能改善提供了一種新的思路。