作者：陳定乾

孿晶誘發(fā)塑性鋼（TWIP鋼）是新一代奧氏體汽車(chē)高強(qiáng)鋼。各種類(lèi)型的TWIP鋼都具有因?qū)\晶變形產(chǎn)生的優(yōu)良強(qiáng)韌性。TWIP鋼雖然具有充分滿(mǎn)足使用要求的拉伸特性，但是TWIP鋼存在著氫脆的問(wèn)題。TWIP鋼鋼種一般有Fe-15Mn-0.6C、Fe-16Mn-0.6C、Fe-17Mn-0.6C、Fe-18Mn-0.6C、Fe-22Mn-0.6C、Fe-17Mn-1.2C等，這些鋼種幾乎都是Fe-Mn-C三元系TWIP鋼。含Al的Fe-15～18Mn-0.6C-1.5Al TWIP鋼的氫脆敏感性小于無(wú)Al的TWIP鋼。　　

　　添加Al可以降低TWIP鋼的氫脆敏感性的原因是，Al使鋼的屈服強(qiáng)度下降，由此降低了鋼材中的殘余應(yīng)力。只要鋼的組織不發(fā)生大的變化，TWIP鋼的氫脆敏感性與鋼的應(yīng)力和氫含量有很好的相關(guān)關(guān)系。因此含Al的TWIP鋼鋼材中殘余應(yīng)力降低是鋼材氫脆敏感性降低的一個(gè)原因。此外，鋼材表面生成的Al2O3膜對(duì)氫侵入的抑制作用、以及Al對(duì)鋼的應(yīng)變時(shí)效的抑制作用和Al增加堆垛孿晶誘發(fā)塑性鋼（TWIP鋼）是新一代奧氏體汽車(chē)高強(qiáng)鋼。各種類(lèi)型的TWIP鋼都具有因?qū)\晶變形產(chǎn)生的優(yōu)良強(qiáng)韌性。TWIP鋼雖然具有充分滿(mǎn)足使用要求的拉伸特性，但是TWIP鋼存在著氫脆的問(wèn)題。TWIP鋼鋼種一般有Fe-15Mn-0.6C、Fe-16Mn-0.6C、Fe-17Mn-0.6C、Fe-18Mn-0.6C、Fe-22Mn-0.6C、Fe-17Mn-1.2C等，這些鋼種幾乎都是Fe-Mn-C三元系TWIP鋼。含Al的Fe-15～18Mn-0.6C-1.5Al TWIP鋼的氫脆敏感性小于無(wú)Al的TWIP鋼。　　 Al的TWIP鋼鋼材氫脆敏感性降低的重要原因。但各個(gè)因素抑制氫脆作用的大小并不明了。因此有必要對(duì)各個(gè)因素的作用進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

　　添加Al可以降低TWIP鋼的氫脆敏感性的原因是，Al使鋼的屈服強(qiáng)度下降，由此降低了鋼材中的殘余應(yīng)力。只要鋼的組織不發(fā)生大的變化，TWIP鋼的氫脆敏感性與鋼的應(yīng)力和氫含量有很好的相關(guān)關(guān)系。因此含Al的TWIP鋼鋼材中殘余應(yīng)力降低是鋼材氫脆敏感性降低的一個(gè)原因。此外，鋼材表面生成的Al2O3膜對(duì)氫侵入的抑制作用、以及Al對(duì)鋼的應(yīng)變時(shí)效的抑制作用和Al增加堆垛層錯(cuò)能對(duì)孿晶變形的抑制作用等因素也是使含Al的TWIP鋼鋼材氫脆敏感性降低的重要原因。但各個(gè)因素抑制氫脆作用的大小并不明了。因此有必要對(duì)各個(gè)因素的作用進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

　　在采用的充氫拉伸試驗(yàn)中，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)將氫運(yùn)送到試樣的各個(gè)部位，并且氫可以不斷深入到起始于試樣表面的裂紋前端，所以能夠清晰地觀察到氫脆形貌。該方法已經(jīng)成功用于Fe-Mn-C三元系TWIP鋼的氫脆特性評(píng)價(jià)。有研究報(bào)告指出，F(xiàn)e-Mn-C奧氏體鋼的氫脆發(fā)生晶界斷裂。假定晶界裂紋發(fā)生的原因是晶界強(qiáng)度下降，并且晶界裂紋發(fā)生是影響試樣斷裂行為的主要因素，那么，存在于鋼中晶界、位錯(cuò)和孔洞的氫就沒(méi)有起著促進(jìn)晶界斷裂的作用。

　　含Al和無(wú)Al鋼的斷裂應(yīng)力－擴(kuò)散性氫含量定量關(guān)系存在差異的原因之一是，捕獲擴(kuò)散性氫的缺陷密度和缺陷分布的差異。由于位錯(cuò)密度和孿晶密度隨含Al量的增加而下降。所以，晶界和孿晶界等誘發(fā)斷裂界面上的氫分布，因Al含量的不同而變化。

　　鋼中添加Al增加了堆垛層錯(cuò)能，對(duì)孿晶變形起到抑制作用，因此晶界斷裂受到抑制。在這種情況下，孿晶界面裂紋和特定滑移面上的局部滑移成為影響氫脆的主要因素，因此產(chǎn)生了準(zhǔn)解理斷裂。此外，出現(xiàn)的脆性斷裂部位在大大超過(guò)晶粒直徑的范圍內(nèi)呈現(xiàn)為平滑狀態(tài)。出現(xiàn)很大的平滑區(qū)域的原因可以用以下兩個(gè)因素給予說(shuō)明。第一，高M(jìn)n鋼的準(zhǔn)解理斷裂沿｛111｝晶面發(fā)生。第二，在室溫下對(duì)Fe-Mn-C TWIP鋼施加拉伸變形時(shí)，在〈111〉方向上形成強(qiáng)織構(gòu)組織。當(dāng)準(zhǔn)解理斷裂面垂直于拉伸方向時(shí)，｛111｝晶面中的近似垂直于拉伸方向的晶面發(fā)生準(zhǔn)解理斷裂。由于在拉伸方向形成〈111〉織構(gòu)組織，所以解理斷裂一旦發(fā)生，即使脆性裂紋夾在晶界之間，斷口仍呈平滑狀態(tài)。

　　含Al的 TWIP鋼和無(wú)Al 的TWIP鋼一樣斷裂應(yīng)力與擴(kuò)散性氫含量有著冪指數(shù)關(guān)系。無(wú)Al 的TWIP鋼的斷裂模式是晶界斷裂，而含Al的TWIP鋼的斷裂模式是準(zhǔn)解理斷裂。添加Al引起斷裂模式的變化和氫滲入量的下降，是充氫環(huán)境下鋼的伸長(zhǎng)率提高的結(jié)果。由于添加Al有抑制孿晶變形和動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的作用，所以不論有無(wú)氫的影響，含Al的TWIP鋼的屈服應(yīng)力和斷裂應(yīng)力都小于無(wú)Al的TWIP鋼。層錯(cuò)能對(duì)孿晶變形的抑制作用等因素也是使含

　　在采用的充氫拉伸試驗(yàn)中，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)將氫運(yùn)送到試樣的各個(gè)部位，并且氫可以不斷深入到起始于試樣表面的裂紋前端，所以能夠清晰地觀察到氫脆形貌。該方法已經(jīng)成功用于Fe-Mn-C三元系TWIP鋼的氫脆特性評(píng)價(jià)。有研究報(bào)告指出，F(xiàn)e-Mn-C奧氏體鋼的氫脆發(fā)生晶界斷裂。假定晶界裂紋發(fā)生的原因是晶界強(qiáng)度下降，并且晶界裂紋發(fā)生是影響試樣斷裂行為的主要因素，那么，存在于鋼中晶界、位錯(cuò)和孔洞的氫就沒(méi)有起著促進(jìn)晶界斷裂的作用。

　　含Al和無(wú)Al鋼的斷裂應(yīng)力－擴(kuò)散性氫含量定量關(guān)系存在差異的原因之一是，捕獲擴(kuò)散性氫的缺陷密度和缺陷分布的差異。由于位錯(cuò)密度和孿晶密度隨含Al量的增加而下降。所以，晶界和孿晶界等誘發(fā)斷裂界面上的氫分布，因Al含量的不同而變化。

　　鋼中添加Al增加了堆垛層錯(cuò)能，對(duì)孿晶變形起到抑制作用，因此晶界斷裂受到抑制。在這種情況下，孿晶界面裂紋和特定滑移面上的局部滑移成為影響氫脆的主要因素，因此產(chǎn)生了準(zhǔn)解理斷裂。此外，出現(xiàn)的脆性斷裂部位在大大超過(guò)晶粒直徑的范圍內(nèi)呈現(xiàn)為平滑狀態(tài)。出現(xiàn)很大的平滑區(qū)域的原因可以用以下兩個(gè)因素給予說(shuō)明。第一，高Mn鋼的準(zhǔn)解理斷裂沿｛111｝晶面發(fā)生。第二，在室溫下對(duì)Fe-Mn-C TWIP鋼施加拉伸變形時(shí)，在〈111〉方向上形成強(qiáng)織構(gòu)組織。當(dāng)準(zhǔn)解理斷裂面垂直于拉伸方向時(shí)，｛111｝晶面中的近似垂直于拉伸方向的晶面發(fā)生準(zhǔn)解理斷裂。由于在拉伸方向形成〈111〉織構(gòu)組織，所以解理斷裂一旦發(fā)生，即使脆性裂紋夾在晶界之間，斷口仍呈平滑狀態(tài)。

　　含Al的 TWIP鋼和無(wú)Al 的TWIP鋼一樣斷裂應(yīng)力與擴(kuò)散性氫含量有著冪指數(shù)關(guān)系。無(wú)Al 的TWIP鋼的斷裂模式是晶界斷裂，而含Al的TWIP鋼的斷裂模式是準(zhǔn)解理斷裂。添加Al引起斷裂模式的變化和氫滲入量的下降，是充氫環(huán)境下鋼的伸長(zhǎng)率提高的結(jié)果。由于添加Al有抑制孿晶變形和動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的作用，所以不論有無(wú)氫的影響，含Al的TWIP鋼的屈服應(yīng)力和斷裂應(yīng)力都小于無(wú)Al的TWIP鋼。