北科大再发《Nature》：可批量生产高强韧超细晶钢的新方法！：北科大再发《Nature》：可批

原标题：北科大再发《Nature》：可批量生产高强韧超细晶钢的新方法！
【北科大再发《Nature》：可批量生产高强韧超细晶钢的新方法！】导读：北京科技大学新金属材料国家重点实验室吕昭平教授团队联合英国谢菲尔德大学、美国国家标准与技术研究院及泰斯研究公司、郑州大学等单位的科研人员报道了一种制备Fe-22Mn-0.6C孪晶诱导塑性钢的新方法，这种方法能够制备晶粒尺寸为800±400纳米的完全再结晶UFG结构，而不会引入有害的晶格缺陷，如脆性粒子和分隔边界。与不添加铜的钢相比， UFG结构的屈服强度增加了一倍，达到710MPa左右，具有45%的均匀延性和2000MPa左右的抗拉强度。
相关研究成果以题“Facileroutetobulkultrafine-grainsteelsforhighstrengthandductility”于北京时间2021年2月10日发表在Nature上
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03246-3

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亚微米级晶粒的钢通常具有很高的韧性和强度，这使其在轻量化技术和节能策略方面很有前途。迄今为止，超细晶(UFG)合金的工业制造通常依赖于对扩散相变的控制，仅限于具有奥氏体-铁素体相变的钢。此外，这些UFG钢的加工硬化和均匀延伸率有限，阻碍了它们的广泛应用。
图1a显示了合金在760°C退火5min和20min后的真实拉伸应力-应变曲线。掺杂Cu的钢的屈服强度和极限拉伸强度(σuts)显著提高。其中， 4Cu退火5min后屈服强度为710±26MPa ，几乎是0Cu(365±18MPa)的两倍，且与粗晶0Cu的延性相当。此外，掺杂Cu的钢具有极高的应变硬化速率，约为2900mpa(图1b) ，甚至高于粗晶0Cu(约2500MPa) ，这是高σuts(1976±32MPa)和大的均匀延伸率的原因。

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图1：机械性能。 a ，在760°C下退火5分钟（0Cu ， 3Cu ， 4Cu）和20分钟（0Cu和4Cu）的UFG钢的室温拉伸应力-应变曲线。屈服强度用实心红色圆圈表示。插图示出了相应的归应变硬化响应（dσ/dε）/σ0Cu ， 3CU和4CU的）退火5分钟，在760℃ 。每个条件至少测试五个样品。 b ，应变硬化响应（dσ/dε）0Cu ， 3CU和4CU的在760℃下退火5分钟。 ?性能比较
通过微量Cu合金化和通过30秒内共格无序富铜相的纳米析出来控制再结晶过程。快速而丰富的纳米沉淀不仅阻止了新再结晶亚微米晶粒的生长，而且通过齐纳钉扎机制提高了获得的UFG组织的热稳定性。此外，由于析出相具有完全的共格性和无序性，在载荷作用下，析出相与位错的相互作用较弱。这种细化晶粒的概念应该可以扩展到其他合金系统，而且制造过程可以很容易地应用到现有的工业生产线上。

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图2：在760°C下退火5分钟的4Cu的微观结构的表征。 a ， b ，同步加速器高能XRD图（a）和EBSD图（b）显示具有超细结构的单个fcc相。 RD ，滚动方向；ND ，法线方向。 c ， ADF-STEM图像显示出高密度的颗粒内纳米沉淀物（明亮的颗粒）。插图是标记区域的STEMEDS-SI图像。 d ，原子分辨率的ADF-STEM图像，显示了富含铜的纳米沉淀物的完全相干的无序性质。 e ，在两个晶界（GB）上进行的相关TEM（左）和APT（右）分析，显示了富Cu纳米沉淀的尺寸，形态和空间分布。 f ，接近直方图，显示了一个纳米沉淀物的组成变化（在e中以绿色正方形标记）。 g ， e中突出显示的圆柱区域的一维浓度分布，表明在晶界处没有明显的元素偏析。在f ， g中，误差线是平均值的标准偏差，并且等浓度面为20at％Cu 。
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图3：退火温度和时间对UFG结构的影响。 a ，在760、810、860和910°C退火5分钟后， 0Cu ， 3Cu和4Cu晶粒尺寸的变化。插图是在650–950°C的温度范围内计算得出的平衡Cu在基质中的溶解度。 b ，在760°C下， 0Cu和4Cu晶粒尺寸随退火时间（从5分钟到60分钟）的变化。 4Cu表现出最稳定的UFG结构，表明宽广的热机械加工窗口。误差线代表晶粒尺寸分布的宽度。

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图4：有效晶粒细化和高热稳定性的机制。 a ， b ， ABF-STEM图像（左）， APT数据的3D重建（中）和在760°C下退火的4Cu的两个析出物（在重建中以蓝色方块标记）的相应接近直方图（右）。 0.5分钟（a）和2分钟（b），显示了随着退火时间的重结晶和纳米沉淀的进行。 c ，作为退火时间的函数的用于重结晶的驱动压力，用于晶粒生长的驱动压力和齐纳钉扎压力的变化。 d ， e ，在760°C退火5分钟（d）和20分钟（e）的4Cu的ABF-STEM图像（左）及其相应的STEMEDS-SI图像（右）。），展示了齐纳固定的证据。 f ，一个纳米沉淀物在晶界处的高分辨率TEM图像，显示了与收缩晶粒的连贯界面。在ac中，误差线代表平均值的标准偏差。 a和b中的等浓度表面分别为15原子％和20原子％的Cu 。