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实现钢材料强度与韧性的平衡一直是工程应用中追求的目标。在最广泛使用的金属材料中，体心立方钢通常以牺牲韧性为代价来增强强度。不幸的是，BCC钢也容易出现严重的韧脆转变（DBT）现象。当温度降低到一定程度时，材料通常发生从韧性断裂到脆性断裂的突然转变。BCC钢DBT现象的实质在于螺位错独特的三维核心结构，其表现出显著的热活化特征。在低温下，这些螺旋位错的移动速度比边缘位错慢得多。因此，阻止了滑移和塑性变形，导致屈服强度显著提高，超过了解理断裂所需的强度。因此，BCC钢在低温下经常经历脆性解理断裂。引入异质层状结构是解决DBT现象的最有效方法之一。Kum等通过滚接工艺成功制备了超高碳钢/中碳钢层压复合钢。由于层板之间的分层引起的阻裂效应，他们实现了极低的延脆转变温度（DBTT）（- 140℃）和超高的货架能（> 325J）。已有报道指出，界面的弱键在分层中起着至关重要的作用。此外，Sun等采用热轧和临界间退火工艺在贝氏体钢中制备了铁素体/马氏体（F/M）层状钢。F/M层状组织有效抑制了冲击过程中的应变局部化和剪切带扩展。它在室温（RT）和液氮温度（LNT）下获得了401
J和245 J的显著冲击能。然而，并不是所有的非均相片层结构都能在低温下获得优异的力学性能。以往的研究表明，非均质片层钢在LNT处仍然失去韧性，通常具有10 ~ 30 J的冲击能。在低合金钢中，实现高冲击能量并消除从RT到LNT的DBT现象仍然是一项具有挑战性的任务来自河北工业大学材料科学与工程学院的Bo Yang等人在低合金中碳钢中通过热变形制备了两类非均质片层结构，即双峰晶片层（BG-L）和超细晶片层（UFG-L）。系统研究表明，BG-L钢表现出良好的强度和延性组合，而UFG-L钢由于晶界分层机制的普遍存在，在低温下在裂纹止裂方向上表现出更高的韧性。此外，BG-L和UFG-L钢在裂纹分割方向上的冲击韧性也足够高（与QT钢试样相比）。![]()
图1 (a)两阶段热变形过程示意图，(b)热锻，(c)热轧，(d)力学试验取样位置，(e)拉伸和冲击试样尺寸，其中LD为纵向，RD为轧制方向，TD为横向，ND为法线方向
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图2热变形后钢的非均匀片层组织：（a-c）三种非均匀片层组织钢的图，（d-f）取向分布图，（g-i）对应的GB图。LAGB：低角度晶界，HAGB：高角度晶界
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图3 异质层状组织钢的TEM图像及晶粒尺寸分布（a-a1）BG-L, (b-b1) UFG-L1, (c-c1) UFG-L2
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图4 非均质片层钢和QT钢的力学性能(a)随温度变化的夏比冲击韧性（阻裂型）；(b)冲击试验荷载-位移曲线；(c)
RT和LNT的工程应力-应变曲线；
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图5 用TKD分析UFG-L2钢的冲击断口：(a)反向极图图，(b)晶界图，(c)核平均错向图。(d)裂纹分界方向的夏比冲击特性和冲击断口形貌。(e)非均匀层状组织钢的脱层增韧机理示意图。
综上所述，该项研究表明：BG-L和UFG-L钢与传统QT钢相比，具有更高的强度和韧性。BG-L钢的强度以林位错强化为主，UFG-L钢的强度以晶界强化为主。BG-L钢具有较好的冲击韧性。UFG-L钢在LNT处表现出异常高的韧性，并且由于晶界分层机制的发生，DBT效应已被消除。此外，目前的BG-L和UFG-L钢在裂纹划分方向上也表现出足够高的冲击韧性。相关研究成果以“Eliminate the
contradiction between temperature and toughness by grain-boundary delamination
in heterogeneous ultrafine-grained lamellar steels”为题发表在Materials Research Letters（Volume 12, 2024 -
Issue 12）上，论文作者为Bo Yang 等人。https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2399880
