双相（DP）钢是由铁素体和马氏体两相组成的微结构材料，因其优异的强度和塑性而广泛应用于汽车工业。DP钢的性能受多种微观结构因素的影响，包括各相的体积分数、分布和晶粒尺寸。晶粒尺寸细化被认为是提高材料强度和塑性的有效手段之一。然而，传统的严重塑性变形（SPD）工艺在大规模生产中存在局限性。因此，来自日本Kyoto University的Myeong-heom Park等人探索了热处理技术细化晶粒尺寸的方法，并评估了晶粒细化对DP钢力学性能的影响。图1展示了通过不同热处理得到的铁素体-珠光体试样的EBSD高角晶界图。结果表明重复热处理有效地细化了晶粒尺寸，粗晶和细晶试样的晶粒尺寸分别为47.5微米和4.5微米。为了获得不同晶粒尺寸的DP组织，在铁素体+奥氏体两相区(740℃)对粗晶和细晶铁素体-珠光体组织进行临界退火，然后进行水淬，结果如图2所示。图中显示了沿铁素体晶界形成的马氏体网络，这体现了两相的分布和相互作用。结果表明了晶粒尺寸对DP结构中马氏体的形成和分布有显著影响，细晶粒结构可能具有更均匀的微观结构。图3为晶粒尺寸为58.3微米和4.1微米DP结构的应力-应变曲线。结果表明，细晶粒DP结构（晶粒尺寸4.1微米）相比于粗晶粒DP结构（晶粒尺寸58.3微米）展现出更高的强度（900 MPa对比418 MPa）和更大的延伸率（20.2%对比15.5%）。为了研究拉伸试验中各DP试样的局部应变分布，采用DIC技术，如图4所示。结果表明，在拉伸应变为5%和10%时，两种试样变形均匀。在拉伸应变为15%时，两种试样的局部应变分布差异显著。粗晶DP组织比细晶DP组织具有更早的应变局部化。与粗晶试样相比，细晶试样中的应变局部化受到更大的抑制，这表明DP钢中的晶粒细化增强了应变硬化。![]()
图1 EBSD高角度晶界图：(a) 950℃热处理6小时后进行炉冷，(b) 重复热处理4次后进行炉冷。
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图2 EBSD图像质量（IQ）图。: (a) 从粗晶铁素体-珠光体（图1 (a)）通过在740°C下临界退火120分钟随后水淬; (b) 从细晶铁素体-珠光体（图1 (b)）在740°C下退火30分钟随后水淬。
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图3双相结构试样的应力-应变曲线(a) 58.3微米晶粒尺寸的和(b)4.1微米晶粒尺寸。
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图4晶粒尺寸为58.3微米的试样在拉伸（a）5%、（b）10%和（c）15%时的局部应变分布，以及晶粒尺寸为4.1微米的试样在拉伸（d）5%、（e）10%、（f）15%和（g）20%时的局部应变分布。
本实验通过不同的热处理工艺，制备了具有不同铁素体晶粒尺寸的铁素体-珠光体结构，进而通过两相区（铁素体+ 奥氏体）的临界热处理，获得了不同晶粒尺寸的DP结构。研究了这些不同晶粒尺寸的DP结构在室温下的力学行为，并通过数字图像相关（DIC）技术分析了试样在拉伸过程中的局部应变分布。研究发现，通过重复热处理可以有效细化铁素体晶粒尺寸，从而获得细晶粒的DP结构。细晶粒DP结构相比于粗晶粒DP结构具有更高的强度和更大的延伸率。这篇文献为理解晶粒尺寸对DP钢力学性能的影响提供了重要见解，并为通过晶粒细化改善材料性能提供了实验依据。
相关研究成果以“Effect of Grain Size on Mechanical Properties of
Dual Phase Steels Composed of Ferrite and Martensite”为题发表在MRS Advances上（Volume 1, 28 March 2016, Article Number 811–816），论文第一作者为Myeong-heom Park。 文章链接：
https://doi.org/ 10.1557/adv.2016.230
