随着新能源车的快速发展，开发廉价高强塑性钢材对实现汽车减重、提高安全性及降低成本具有至关重要的作用。Speer等于2003年提出的淬火和分配（Q&P）工艺及其制造的第三代先进高强度钢在汽车轻量化方面发挥的重要作用，引起了国际上的广泛关注。作为Q&P工艺的理论基础：碳约束准平衡（CCE）模型，可预测钢中最大残留奥氏体体积分数（VRA）对应的淬火温度，为Q&P工艺设计提供了理论支撑。
但是，由于CCE模型不允许马氏体/奥氏体界面迁移和碳化物析出，因此，预测的VRA通常远高于实验值。鉴于精确预测VRA和残留奥氏体中的碳含量（Cγ）对先进高强度钢工艺设计的重要性，代宗标等提出了考虑马氏体/奥氏体界面迁移和碳分配局域平衡（QP-LE）模型，很好地预测了低碳Q&P钢的VRA和Cγ，但无法预测碳化物析出较多的中碳和高碳钢，例如徐祖耀院士于2007年提出的强调碳化物析出强化的淬火-分配-回火（Q-P-T）钢。
针对这一问题，上海交通大学陈乃录研究员团队与香港城市大学吕坚院士团队以及清华大学陈浩副教授团队在对高碳Q-P-T钢微观组织（包括初始马氏体（αp´）、残留奥氏体（γ）、二次马氏体（αs´）和碳化物）以及碳在马氏体和奥氏体中分布的表征基础上，建立了同时考虑界面迁移和碳化物析出的碳化物/马氏体/奥氏体双界面迁移的QPT-LE模型，揭示了碳化物析出对碳分配影响的机制，由QPT-LE模型预测的微观组织含量和Cγ与实测值很好地相符，预测精度远高于CCE模型，VRA预测精度远高于QP-LE模型。同时得出结论：碳化物析出影响VRA，而界面迁移影响Cγ。由于QPT-LE模型不受碳含量的限制，成为高碳、中碳和低碳的Q-P-T钢与Q&P钢工艺设计的普适模型。
相关研究成果以“Revealing carbide precipitation effects and their mechanisms during quenching-partitioning-tempering of a high carbon steel: Experiments and Modeling”为题，发表在国际期刊Acta Materialia。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645421005565
上海交通大学-香港城市大学联合培养博士生张家志和清华大学博士生代宗标为共同第一作者，上海交通大学陈乃录研究员和香港城市大学吕坚院士以及清华大学陈浩副教授为共同通讯作者。该研究是继陈乃录研究员和吕坚院士团队近期发表于Science Bulletin（Science Bulletin 66 (2021) 1058–1062，IF=11.7）题为“Dislocations acrossinter phase enable plain steel with high strength-ductility”之后又一重要突破，为Q-P-T钢与Q&P钢的工艺设计提供了重要的理论支持。（先前报道：陈乃录-吕坚院士团队重要突破！破解百年难题，实现最高性价比的高强塑性钢）
图1. η-碳化物析出的TEM明场像（a）和暗场像（b）。
图2. Fe、C、Mn、Si和Nb在Q-P-T钢中分布的三维原子探针图（a）和C、Mn、Si和Nb在η碳化物和NbC中的分布（b、c）。
图3. Fe、C、Mn、Si和Nb在Q-P-T钢中分布的三维原子探针图（a）和C、Mn、Si和Nb在马氏体、奥氏体界面处分布（b）。
图4.三种不同淬火温度（a：150 °C；b：170 °C；c：190 °C）Q-P-T钢EBSD像和由EBSD和XRD测定的各种相分数（d）。
图5.具有双界面迁移的QPT-LE模型：（a）初始状态和（b）结束状态。
图6.实验测定和由QPT-LE、QP-LE和CCE模型预测的Cγ（a）、VRA（b）和αs´体积分数（c）。
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