析出強化是合金的有效強化機制之一，可以提升高達150-300MPa屈服強度。碳化物形成元素Ti、Nb、Mo、Cr和V是高強度低合金(HSLA)鋼中常用的微合金化元素。為了達到顯著的強化效果，在塑性變形過程中限制位錯的運動，析出相應該是高密度細小的。在鐵素體中，析出相可能隨機或呈帶狀分布。後者是在奧氏體-鐵素體相變過程中，碳化物在遷移奧氏體(γ)/鐵素體(α)界面上反覆形核的結果。這一過程導致平行於γ/α界面的特徵碳化物或碳氮化物出現，稱為相間析出(IP)。雖然對相間析出已有一定研究，但是強化機制及強化效果尚不明確。
澳大利亞伍倫貢大學的研究人員首次明確了鐵素體鋼中納米級析出相的共格和模量強化機制（coherency and modulus strengthening mechanisms），估算了不同強化機制對屈服強度的提升，主要貢獻是晶界強化和納米級析出相，分別約為280MPa和395MPa，團簇強化約150-170MPa。相關論文以題為「Application of advanced experimental techniques to elucidate the strengthening mechanisms operating in microalloyed ferritic steels with interphase precipitation」發表在金屬材料領域頂刊Acta Materialia。
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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.10.014
本研究製備了兩種低合金鋼，成分分別為：0.08C-1.5Mn-0.3Si-0.2Ni-0.0131N和0.68（Cr+Mo+V+Nb）或0.73（Cr+V+Nb）(wt%)，即MoCrNbV和VCrNb鋼。鑄造後進行1250℃×30h均質處理；在900-1200℃下鍛造，使鑄塊寬度減少3.5倍；而後進行熱軋，在1250℃進行平面壓縮，總應變為1.35，冷卻至600℃保溫900s，最後空冷至室溫。
研究發現雖然熱軋過程中析出順序是相同的，但由於兩種鋼成分不同，析出相的分布和特徵也不同。與MoCrVNb鋼相比，VCrNb鋼在奧氏體和γ/α形成過程中具有更多析出相，這是由於碳化物和碳氮形成元素的含量較高，從而為析出提供了更高的驅動力。
STEM和APT數據都證實了所研究的鋼中存在圓形相間析出相。只有在VCrNb鋼中發現了相間纖維碳化物，這是由於與MoCrVNb鋼相比，VCrNb鋼具有更大的過冷度，從而導致了γ/α轉變有所不同。根據確定的臨界尺寸和原子的無序排列，兩種鋼中的團簇從納米粒子中分離出來，進而估算出團簇增強對屈服強度的貢獻約為150-170MPa。兩種鋼均具有良好的機械性能組合，VCrNb鋼的屈服強度超過800MPa。本文認為共格彌散強化和模量錯配強化機制首次在該類鋼中出現，納米級析出對強度的顯著貢獻約395-400MPa。相關研究結果對低合金鋼的設計與性能估算具有指導作用。（文：破風）
圖1 MoCrNbV(a,c)和VCrNb(b,d)鋼的微觀結構SEM圖，(e,f)為顆粒對應的EDX光譜
圖2 (a,b)分別為MoCrNbV和VCrNb鋼的亮場TEM圖；(c)暗場透射電鏡；(d) BF-STEM圖；(e)為(d)中放大矩形區域的STEM HAADF圖和相應的STEM-EDS圖
圖3 (a) MoCrNbV和(b) VCrNb鋼的TEM圖；(c) MoCrNbV鋼和(d) VCrNb鋼的HAADF和BF-STEM圖
圖4 α/MCα界面(a) MoCrNbV鋼和(b) VCrNb鋼的STEM HAADF圖；(c)在單軸拉伸變形後VCrNb鋼中析出相的STEM HAADF圖；(d)矩形區域放大
圖5 (a)三維原子探針圖和(b)隨機析出相和相間析出相的放大分布
圖6 (a)元素三維原子探針圖和(b) VCrNb鋼中隨機析出相和相間析出相的分布
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