孪生诱发塑性钢力学性能的研究进展      

郑志斌¹，龙骏¹，王玉辉²，杨浩坤³

(1.广东省科学院新材料研究所广东省金属强韧化技术与应用重点实验室， 广东 广州 510650；2.燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术中心， 河北 秦皇岛 066004；3.香港生产力促进局智能制造部， 中国 香港 999077) 

摘　要：随着“碳达峰”、“碳中和”的目标提出，汽车、航空、航天、高铁等诸多工业领域对钢铁结构件的安全和可靠性要求越发严苛。因此，钢铁结构材料需要满足高强度、高塑性以及更优异的综合力学性能，例如耐疲劳、耐冲击以及加工硬化能力等方面来进行更深入的研究。进入21世纪，孪生诱发塑性钢，即TWIP钢的研究逐渐展开。该材料具有单相奥氏体结构，其在变形过程中会形成大量的形变孪晶，对晶粒进行分割，表现出动态的Hall-Petch效应，可极大提高金属材料的加工硬化能力，并具有较高的均匀伸长率和抗拉强度，因而具有潜在的工业应用价值。根据TWIP钢的力学性能特点，系统地介绍了TWIP钢的加工硬化率、应变速率敏感性、变形温度敏感性、疲劳裂纹扩展以及抗冲击性能的研究进展，以期为高强钢开发提供新的思路和理论支持。 

关键词：孪生诱发塑性钢；孪生；加工硬化；变形速率和温度；疲劳

引用格式：郑志斌,龙骏,王玉辉,杨浩坤.孪生诱发塑性钢力学性能的研究进展[J].钢铁研究学报,2023,35(2):115-130.

DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220049.

重要图表：

结论：

    关于TWIP钢的力学行为，本文对近10年对TWIP钢力学性能的研究进展进行了一次梳理和归纳，包括力学性能及其强韧化机制，合金元素对材料层错能及力学性能影响，TWIP高周、低周疲劳以及疲劳裂纹扩展行为进行了详细介绍和总结。虽然在上述关于TWIP钢的研究成果得到国内外学者的认可，但是TWIP钢仍存在氢脆、液态金属脆性、焊接性能差和高成本等工业应用上急需解决的问题。此外，在基础研究领域也存在如下方向需要开展深入和细致的研究。

   （1）C元素质量分数在0~1.0%之间，C元素会提升TWIP钢的层错能。但是实验结果表明，C元素的添加可以显著提升Fe-Mn-C TWIP钢的加工硬化能力及力学性能。如何建立合金元素成分与TWIP钢力学行为之间的关系，以及提出一个新的指标来替代层错能衡量指标的工作有待跟进。

   （2）具有DSA效应的Fe-Mn-C系TWIP钢在拉伸变形过程中会形成应力和应变集中的PLC带，导致其拉伸断口呈现剪切破坏形貌。后续工作需要考虑在TWIP钢拉伸破坏后期有效阻碍DSA效应来进一步提升TWIP的抗拉强度和均匀伸长率。

   （3）TWIP钢作为结构材料，其抗腐蚀性能尤其是抵抗应力腐蚀破坏的性能需要进一步开发以满足汽车、航运、建筑等领域的实际需求。

    在“碳达峰”、“碳中和”的现代化建设需求下，高性能TWIP钢将以其高强度、高塑性以及更优异的抗疲劳特性为社会提供更加环保和可靠的材料和结构产品，同时TWIP力学行为的深入研究也将为新材料的研发提供坚实有利的理论基础和指导意义。