异步轧制twip钢的组织及性能研究(3)
1.1 TWIP钢
孪生诱发塑性（TWIP）钢，其属于奥氏体钢。它在常温下就可以保持奥氏体组织，这一组织特点主要是因为钢中的锰含量过高，较高的锰含量，使得钢铁在温降的时候就可以抑制珠光体的结晶，从而一直保持奥氏体的状态到室温，故TWIP钢也是高锰钢。它的成分主要是Fe[1]，含有质量分数为15%~30%的Mn，并加入一量的Al和Si，也有的再加入适量的Ni、V、Mo、Cu、Ti、Nb等。其强度可以达到1000MPa以上，伸长率可达到60%~95%。
TWIP钢在发生变形过程中，会产生大量位错和孪晶，位错能够保证钢的硬度，孪晶则能保证钢的塑性，这也是TWIP钢最主要的特点。TWIP钢是为了满足国外近几年超轻量汽车的开发而开研究出来的一种高强度、高塑性钢种。它将在汽车中得到广泛应用。而现在，TWIP钢的研究正处于起步阶段，更多的未知特性有待开发，在汽车业迅速发展的背景下，TWIP钢也将会有一个很好的发展前景。
1.1.1 TWIP钢的发展
TWIP钢最早发现于1880年，由R.Hadfield[2]先生提出，当时只用作耐磨材料，并没有普及到汽车领域，对此类钢的性能研究技术尚不成熟。随着人类对这类钢的研究，人们发现，TWIP钢的高强度和高塑性是由于形变过程中组织产生大量形变孪晶并推迟缩颈的形成，从而保证具有很好的能量吸收能力、塑性以及应变硬化性。在钢铁材料的应用领域中，TWIP钢是一种理想的汽车冲压用抗冲击结构用钢，它的高塑性和高强度备受汽车行业的青睐。但目前国际对TWIP钢的研究有限，还有好多未知领域有待开发。因此，TWIP钢是新兴的具有很大发展潜力的一种汽车冲压结构用钢。
1997年，Grassel[3]等在对Fe-Mn-Si- A1系TRIP钢进行实验研究时发现，当TRIP钢中的锰含量达到25%时，其强塑积将会超过50000MPa%以上，是普通的高强韧性TRIP钢的2倍。但是由于这种合金钢的高强韧性并不是TRIP钢中的相变而产生的效果，而是因为金属在形变过程中产生了机械孪晶的作用，故命名为孪生诱发塑性钢，简称TWIP钢（Twinning induced plasticity steel）。
TWIP钢的研发过程可分为三个阶段[4]：
第一阶段TWIP钢典型的钢种为Fe-25Mn-3Al-3Si钢，主要生产方式是锻造成棒材，再经过高温退火后水淬，但是这代TWIP钢含有较高的Al，这会影响到钢水的浇铸质量，较高含量的Si会影响冷轧板的镀锌效果；
第二阶段TWIP钢典型的钢种为Fe-23Mn-16C钢，主要生产方式是铸造成板坯，经过热轧或冷轧后进行高温退火，再快速冷却;这一代TWIP钢虽然去除了组织中的合金元素铝和硅，但出现了奥氏体钢和高强度钢普遍存在的切口敏感性和延迟断裂两大问题；
第三阶段TWIP钢，目前仍然处于研制阶段，主要的研究方向是在高Mn钢中通过置换固溶原子成分调整的方法，来达到TWIP效应。
以现在的发展进度来看，汽车行业未来的发展仍是个未知。但TWIP钢这种高强度高塑性钢的出现和运用，正好加快了汽车轻量化生产的速度。也正是如此，TWIP钢对汽车产业发展方向起着关键性的作用。
1.1.2 TWIP钢的变形机理
奥氏体钢在产生塑性变形时的变形机制为位错滑移和机械孪晶孪，而奥氏体钢在塑性变形时产生位错的多少是由层错能所决定的。因此奥氏体钢的塑性变形与层错能(SFE)密切相关。
层错能是TWIP钢的一个重要物理特性，材料在变形时的变形机制以及变形后的强韧度，都会受到层错能的影响，并且它还可以用来说明奥氏体形成孪晶和相变前后组织变化的规律。Grassel和Frommeyer[5]等在研究高锰钢的时候发现，当合金的层错能低于16mJ/m2时，同时γfcc→εMshcp马氏体转变的吉布斯自由能低于ΔGγ→ε=-220J/m2时，在力的作用下，奥氏体组织在变形量大的部分会产生应变诱发马氏体相变，这一现象将会延迟钢的缩颈，从而提高钢的塑性，此谓TRIP效应。而当合金层错能约为25 mJ/m2时，同时γfcc→εMshcp马氏体转变的吉布斯自由能ΔGγ→ε为正值时，且在110～250J/m2时，在变形力的作用下，奥氏体钢就会发生TWIP效应，奥氏体钢将会通过形变中产生的孪晶来延迟缩颈，从而获得良好的塑性，因此合适的层错能值对奥氏体钢发生TWIP效应起着关键性的作用。层错能过低可能诱发马氏体相变，而层错能过高又不利于孪晶的形成。
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