摘要：在节能环保大背景下,汽车工业领域用钢不断得到升级优化,作为新一代先进钢铁材料,Fe-Mn-Al-C系低密度钢以其低密度和高强韧性得到了越来越多的关注。Fe-Mn-Al-C系低密度钢中基本合金元素为Fe、Mn、Al、C,基本组成相为奥氏体(γ)、铁素体(α),在一定工艺条件下,还含有κ-碳化物、B2、DO_(3)和β-Mn等析出相,根据其组成相,可分为铁素体低密度钢、奥氏体低密度钢、铁素体基低密度钢和奥氏体基低密度钢。热处理工艺对调控低密度钢组织构成和析出相的析出行为有着重要作用,进而提高低密度钢的综合力学性能。研究表明,退火处理可以有效地消除冷轧低密度钢的带状组织,改善其强韧性;而控制固溶和时效处理工艺,可以调控析出相的大小、形态、分布等获得高强塑积低密度钢,因此热处理是优化低密度钢综合性能的一个行之有效的方法。本文对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计和组成相特点作了介绍,从热处理工艺角度出发,对该体系钢的微观结构和力学性能影响进行了综述,着重从退火、固溶处理和时效处理等热处理方式进行了阐释,基于Fe-Mn-Al-C系低密度钢研究现状,对该体系钢未来的研究方向进行了展望,为后续研究提供一定的参考价值。

摘要：钢铁材料的轻量化、增强增韧是目前先进金属材料的重点研究方向。在钢材固有合金元素的基础上,通过添加一些增强其性能的元素及低密度元素等,可以显著改善钢材的综合性能,并降低零件质量。随着汽车工业的快速发展,轻量化汽车用钢的研发和应用越来越深入和广泛。目前,Fe-Mn-Al-C系低密度钢主要借鉴了中/高锰钢成分设计、热处理工艺、组织性能调控的研究思路,形成性能优异、成本合理的高强韧性钢。本工作针对中锰中铝低密度钢(12.4%Mn,4.7%Al,0.1%C(均为质量分数,下同))的成分特点,通过对冷轧试样在A_(c1)与A_(c3)附近进行退火处理,调控基体相稳定性和组织构成。结果表明:γ奥氏体稳定性与原始组织形态、退火条件和拉伸应力有很大的关联,其组织转变遵从γ奥氏体→ε马氏体→α′马氏体规律;在850℃退火、保温15 min条件下,获得了抗拉强度、延伸率分别为854 MPa、44.3%,强塑积为37.8 GPa·%的优异性能。

摘要：通过Thermo-Calc热力学计算、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验和机器学习,从相转变、几何必需位错密度、晶界类型以及晶界密度的角度,设计并研究了退火温度对转向架用中Mn低密度中厚板组织性能的影响。结果表明,室温下低密度钢的热轧组织为δ铁素体、奥氏体和马氏体;退火时,基体会发生逆转变以及原奥氏体的长大,且在退火过程中产生的奥氏体的稳定性会随着退火温度的升高而降低;随退火温度的增加,试验钢的几何必需位错密度不断减小;退火过程中晶粒的长大和马氏体板条合并会导致组织中的原奥氏体界面(PAG boundaries)和马氏体板条界面(Lath boundaries)密度下降;退火后,试验钢的断后伸长率相比热轧态有显著提升,其屈服强度随退火温度的增加而降低;热轧态及退火后的试验钢在拉伸测试中均表现为均匀变形,并发生了解理断裂;在820和880℃退火后,试验钢的屈服强度分别达到了491和413 MPa。

摘要：为探究不同轧制温度对低密度钢在海洋环境下腐蚀性能的影响,以自主设计的Fe-30Mn-10Al-1.57C-0.3Si-0.6Ti低密度钢为研究对象,将其在不同温度下进行热轧处理,并设置对比材料40Cr,利用全浸失重试验、电化学试验、SEM以及XPS等测试方法对该低密度钢耐蚀性能进行研究。结果表明,随着轧制温度上升,低密度钢的失重量下降,腐蚀电位由-0.691 V升高至-0.392 V,自腐蚀电流密度由10-5.533 A/cm^(2)降低至10-6.780 A/cm^(2),表明其耐蚀性随轧制温度升高而提高。这主要是由于低密度钢中Cr和Al的存在,导致样品表面形成一层氧化膜,阻止了腐蚀介质对材料基体的腐蚀。此外,经热轧制变形处理后的低密度钢样品由于铁素体含量减少而导致电偶反应减弱。上述结果丰富了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的相关研究,为其在工业上的应用提供了理论基础。

摘要：文章设计了一种FeMnAlC系低密度钢,该钢种轧制方向(RD)、宽度方向(TD)的抗拉强度均大于1300 MPa,且具有较高的延伸率。在保证材料稳定的高强韧性能的基础上,通过室内干湿交替加速试验,扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X-射线光电子能谱(XPS)检测,研究了在模拟的高温、高湿、高盐雾的海洋大气环境中FeMnAlC系低密度钢的腐蚀行为,为新一代高强低密度钢的耐蚀性能评价提供参考。

摘要：随着节能环保和经济性的驱动,汽车轻量化已成为汽车行业的迫切需求,Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢因具有低密度与优异的力学性能而受到了学者们的关注。Fe-Mn-Al-C系列低密度钢的出现最早可以追溯到1933年,直到1958年,Fe-Mn-Al-C系列低密度钢才被用于取代Fe-Cr-Ni系列不锈钢(添加过多昂贵的Ni和Cr元素)。目前,Fe-Mn-Al-C系列低密度钢在汽车行业是一种具有高轻量化潜力的钢种,其中添加的Al元素会导致合金密度和杨氏模量的降低。每添加1%(质量分数)的Al,钢密度降低1.3%,杨氏模量降低2%。同时,大量Al、Mn和C元素的添加导致Fe-Mn-Al-C系列钢的冶炼和连铸、成形性和焊接性、微观结构演变和变形机制等与传统钢种大不相同。Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢按合金的成分以及室温下主要的组成相,可分为四类:单一铁素体钢、铁素体基双相钢、奥氏体基双相钢和奥氏体钢。单一铁素体钢拥有200~600 MPa级别的抗拉强度,这与常规的高强度低合金钢(HSLA钢)类似,属于第一代先进高强度钢(1G-AHSS)范畴。铁素体基Fe-Mn-Al-C系双相钢是另一种有潜力的轻量化钢材,其具有较低的合金含量,可以利用铁素体的塑性变形以及残余奥氏体所产生的TRIP或TWIP效应来提高钢的强度与塑性。铁素体基Fe-Mn-Al-C系双相钢与第一代先进的高强度钢相比,具有更优异的强度和延展性,其性能的上限属于第三代先进高强度钢(3G-AHSS)范畴。奥氏体基双相钢与铁素体基双相钢类似,但其合金含量高于铁素体基双相钢,性能的下限属于第三代先进高强度钢(3G-AHSS)范畴。奥氏体Fe-Mn-Al-C系列钢在性能和加工方面是又一个有前途的钢材。奥氏体钢主要组成相为奥氏体、少量的铁素体和κ型碳化物。奥氏体钢的力学性能由奥氏体的变形以及碳化物-奥氏体的相互作用共同决定。奥氏体轻钢的拉伸性能与高锰TWIP钢相似,强度为600~1 500 MPa,塑性可达到30%~80%(甚至可达~100%),属于第二代先进高强度钢(2G-AHSS)范畴。随着钢中Al的添加,Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢层错能(SFE)增大,并析出短程有序(SRO)相和κ型碳化物。高SFE的低密度Fe-Mn-Al-C钢具有多种变形机制,如新型的微带诱导塑性(MBIP)、动态滑移带细化(DSBR)和剪切带诱导塑性(SIP)变形机制以及普遍的相变诱导塑性(TRIP)和孪生诱发塑性(TWIP)变形机制。这些变形机制与Fe-Mn-Al-C钢内的B2及DO3型的有序相、均匀排列的纳米级κ型碳化物、位错滑移、孪晶和相变等有关。其中晶粒内κ′-碳化物析出是含有大量Al和C的奥氏体Fe-Mn-Al-C钢独特的强化机制。然而,由于目前对Fe-Mn-Al-C钢应用性能相关知识的缺乏,其在汽车中的应用仍然不普遍。最重要的原因是这一系列低密度高强钢具有高的Al含量导致其杨氏模量降低,以及高的Mn含量导致其冶炼、连铸和加工难等问题。因此,未来的发展必须集中在提高低密度高强钢的杨氏模量,且将其低合金化和易加工的策略方法上。相信改进后的Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢必将大大推动其在汽车中的应用。本文概述了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的研究现状及进展,介绍了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的成分设计及其中合金元素的作用,分析了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的微观组织特征,揭示了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的强韧性形成机理、层错能、物理及力学性能,并讨论了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的应用性能。最后,提出了未来Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的研究方向。

摘要：鉴于能源短缺与高安全性要求,钢铁材料的低密度化与高强韧化成为高强钢的研发热点。大量报道证明,铝等元素合金化可以显著降低钢材密度,层状复合组织大幅度提高钢铁材料的韧性。在介绍国内外传统等轴晶粒高强韧钢、层状复合钢铁材料及低密度钢研发结果的基础上,提出了Fe-Al-Mn-C低密度双相钢的低中等合金质量分数（4%~12%）的合金化设计和高温铁素体和奥氏体的几何扁平化组织调控思路,制备出具有铁素体与马氏体相间排列的层片复合双相钢组织结构的高强韧钢研发思路。初步研究结果证明,层片双相钢的组织结构设计是可行的,实现了钢铁材料的高强度化（抗拉强度为1 000~1 500 MPa）、低密度化（6.5~7.5 g/cm%3）和高韧性化（室温V型冲击韧性为200~400 J）,突破了传统等轴结构材料的强韧化机制制约,形成了新型层状复合结构强韧化的钢铁材料研发方向。强调未来需要对层片双相钢材料进行深入研究,以实现对化学成分、层片组织结构参数与材料强度、韧性和材料密度关系的定量研究,深入探讨低密度层状双相钢的层状组织调控机制及其强韧化机理,为未来高强韧金属材料研发及应用开辟出创新发展方向。

摘要：随着“减重、节能、降低碳排放”的绿色制造理念越来越深入人心,对传统钢铁材料升级换代的需求显得尤为迫切,第三代汽车用钢已成为各国研发机构和企业关注的焦点。高强度、高韧性、轻量化的先进钢铁材料成为第三代汽车用钢的一个新的研发方向。主要通过在Fe中添加较多的轻质元素如Al、Mn、Si等进行合金成分设计来显著降低钢材密度;同时通过调控基体组织和析出相构成、形态来平衡钢材的强度和塑韧性,从而使钢具有高的强塑积和低的密度。本文针对Fe-Al、Fe-Mn-Al、Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分及组织特征,介绍了低密度钢中Kappa碳化物,(Fe,Mn)Al、NiAl型B2相,(Fe,Mn)3Al型DO 3相和β-Mn相的晶格参数及相关性能特征。结合国内外对低密度钢的最新研究,着重对低密度钢相图的热/动力学计算、各有序析出相的元素配分和析出行为(特征、形态、大小)、析出相对钢组织演变与强韧性机制的影响等进行了总结,并基于现有的研究,展望了高强度、高韧性、低密度钢进一步的研究方向。

摘要：随着可持续发展战略的要求,Fe-Mn-Al-C轻质钢逐渐成为汽车工业的主要发展目标之一。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热力学计算和第一性原理研究了Cr元素对Fe-28Mn-12Al-1.6C奥氏体低密度钢κ-碳化物析出行为的影响。结果表明,不同温度固溶处理后,0Cr钢在室温下随着时间延长硬度逐渐增大且增值达到10HRC,通过TEM分析确认0Cr钢室温下析出的为κ-碳化物,并计算其室温析出的吉布斯自由能为-19.5806 kJ/mol,从而验证了0Cr钢可以在室温下析出κ-碳化物;随着Cr含量的增加,轧制后快速凝固试样中κ-碳化物的质量分数逐渐降低,室温时效的硬度增值减小。Cr含量的增加也显著减小了κ-碳化物的生长速度,κ-碳化物的粒径从60~200 nm细化到20~40 nm和5~27 nm。同时第一性原理计算结果表明,κ-碳化物结构中掺杂Cr原子后,增大了κ-碳化物的形成能,使其形成变得困难。此外,随着Cr含量的增加,γ-奥氏体与κ-碳化物的晶格失配度增加,两相间的弹性应变能增大,导致κ-碳化物的生长速度减慢。研究结果可为后续更高Al含量的Fe-Mn-Al-C钢的成分设计和性能调控提供理论依据。

摘要：低密度钢已成为开发满足安全和节能要求材料的研究热点,为实现材料的轻量化,推动绿色发展,在超高强度珠光体桥索钢的合金设计中加入适量的轻质元素中Mn(质量分数为5%)和中Al(质量分数为5%)以降低材料密度,其理论计算密度由7.85 g/cm^(3)降至6.81 g/cm^(3),降幅达13.2%。在相同珠光体等温处理(600℃-0.5 h和500℃-2.0 h)后,与传统珠光体钢相比,低密度珠光体钢抗拉强度和屈服强度显著提高,分别由(1237±24)MPa提高到(1247±37)MPa、(923±12)MPa提高到(1171±34)MPa,伸长率稍微降低,由6.46%±0.20%降低到5.18%±0.06%,显微组织由传统的θ-珠光体(铁素体+渗碳体)转变为θ-珠光体和κ-珠光体(铁素体+渗碳体+κ-碳化物)。结果表明,添加适量的Al和Mn抑制C的扩散,提高珠光体的转变自由能,显著延缓珠光体的共析转变过程,同时超细珠光体的片层间距明显细化,团簇尺寸明显减小;促进了低密度珠光体钢中κ-碳化物的形成,其与位错的相互作用提高了材料的应变硬化,实现了超细珠光体桥索钢的低密度、超高强度的目标。