1前言

在母相中存在与其性质不同的第二相时，材料会出现变形不均匀。其结果是，促进位错累积，加工硬化率上升，有时会成为发生空隙的起点，成为诱发材料破坏的原因。其行为取决于第二相的尺寸和分散状态，但也会受到第二相强度的强烈影响而变化。当第二相相对于母相是硬质时（屈服应力和刚性模量大），例如，当其为马氏体或碳化物时，硬质相与相邻的基体部分优先发生塑性变形而产生应变集中。当第二相相对于母相是软质时（屈服应力和刚性模量小），软质相本身先发生塑性变形，或者抑制在母相界面附近的塑性变形，变形程度也取决于软质相的尺寸。因此，即使分散的

硬质相和软质相的数量和尺寸相同，两者的宏观力学性能之间也可能有很大差异。本文介绍了硬质粒子和软质粒子对钢的不均匀变形影响的差异。此外，还讨论了两者复合添加时所表现的性能特征。

2硬质粒子和软质粒子单一分散钢的不均匀变形

图1是硬质相VC粒子和软质相Cu粒子，以相同体积分数（1.4vol%）、相同尺寸（粒径约35nm）均匀分散的铁素体钢的应力-应变曲线，两者的应力-应变曲线明显不同，特别是加工硬化率和断面收缩率有显著差异。用纳米级DIC干涉镜头观察两种钢屈服后应变分布的结果发现，VC粒子分散钢中，粒子周围的铁素体部分发生塑性变形，应变集中，出现了与在铁素体基体上分散分布较硬的马氏体相的DP钢同样的应变分布。对于Cu粒子分散钢，情况则相反，发生了远离粒子的铁素体基体部分优先塑性变形。这可以理解为，因为刚性模量低，存在比母相更大的弹性变形的Cu粒子，Cu粒子周围铁素体基体的弹性应变得到了松弛。之后变形继续进行，试样整体开始发生塑性变形，当达到均匀变形阶段时，与仍然继续弹性变形的VC粒子不同，Cu粒子与基体一起开始塑性变形，因此产生了塑性松弛，减少了Cu粒子分散钢的铁素体基体的位错积累。研究人员认为这也是Cu粒子分散钢与VC粒子分散钢相比显示更小的加工硬化率的原因之一。

在进一步进行变形而产生局部变形的缩颈部，VC粒子依然维持粒状形态，确认了以与母相的界面为基点的纳米空隙的产生。但是Cu粒子与母相一起向变形方向显著伸长，很难成为空隙产生的基点。用高分辨率TEM观察大幅度伸长的Cu粒子的前端部位发现，母相和Cu软质相的界面变得不清晰，揭示Cu分解、再固溶的机理。在高应变区域中产生的如上所述Cu粒子分散钢的组织变化，可以说是显示了不均匀的变形向均匀迁移的过程（异质-同质结构变化），钢板的加工性和成形性也会受到很大影响。

3硬质/软质粒子复合分散钢的组织控制和特性

将上述特性不同的两种异相复合分散到母相时，会出现怎样的特性呢?复合分散两种相时，在各相体积分数和形态的组合中，需要考虑分散单一的第二相时没有的各种要素。例如，相对第二相，根据第三相是原位析出还是离位析出，分散状态有很大不同（图2）。

作为改变硬质/软质粒子复合分散钢中析出粒子的分散状态的方法，着眼于冷却过程中的冷却速度。试样使用将上述VC粒子分散钢和Cu粒子分散钢中的析出粒子简单叠加而成的合金（Fe-2Cu-0.9V-0.19C合金），实施了图3所示的热处理。

观察材料奥氏体化后在三种冷却方式（空冷、炉冷、缓冷）下试样的TEM组织（样品厚度50nm），首先，在空冷（A.C.）材料中，很难识别VC粒子和Cu粒子，两者微细分散。特别是Cu粒子以几纳米的尺寸分散，确认一部分Cu依然是固溶状态。另外，Cu粒子和VC粒子有独立分散的倾向，根据图2的分类是“均匀形核型”。而在炉冷（F.C.）材料和缓冷（S.C.）材料中，粒状析出物和向一个方向伸长的棒状析出物共存。特别是棒状析出物，研究认为由于经常与粒状析出物接触，因此以先前存在的粒状析出物为核成长为棒状。这种析出形态在第三相形态上有特征，在图2的分类中，对应“非均匀形核型”。通过STEM-EDS分析，对粒子进行了鉴定，判明粒状析出物多为VC粒子，棒状析出粒子多为Cu粒子。因此认为，在1000℃的奥氏体化处理时，部分残留的VC粒子作为形核部位，Cu粒子在冷却过程中析出并成长。但是，由于在伸长方向没有看到明确的结晶学特征，所以也被认为与γ→α相变时的铁素体的成长方向有关，不过现在尚不明确。

根据三种冷却方式下试样的应力-应变曲线可知，空冷材料的强度突出，均匀形核能有效地提升强度。另一方面，炉冷材料和缓冷材料显示出了良好的延展性和断面收缩率。由于强度低，所以仅从应力-应变曲线不能评价该材料的优越性，但与单一的第二相分散钢相比，复合分散钢具有强度、延展性和断面收缩率平衡优异的倾向。可以认为软质粒子的“不损害延展性而提高强度的性质”有效地发挥了作用。

4结语

多个异相的复合组织钢，以低合金TRIP钢为主有多种，不过大部分第二相是硬质相，作为提高加工硬化率、增大均匀伸长率的组织被导入。但是，这样的第二相有使扩孔性和弯曲性等与局部伸长率对应的加工性降低的倾向，不一定能获得完全期待的特性。另一方面，比母相软质的第二相，提高加工硬化性的效果小，因此改善均匀伸长率的效果不理想，但在提高屈服强度方面有效，并在应变集中部位产生应力松弛，对延展性产生的不良影响小。硬质相和软质相均衡分布作为与以往观念不同的组织设计理念，希望能在理论和实验两方面得到发展。 （全荣）