3.2 拉伸变形行为
图6 基础钢、加C钢（a）与加N钢（b）的名义应力-应变曲线。基础钢、加C钢（c）与加N钢（d）名义应变与DIM体积比的关系
图7 基础钢（a）、0.1C(b)钢以及0.1N(c)钢，加C钢(d)和加N钢(e)的真应力与加工硬化率与真应变的关系
图6显示了基础钢与0.1和0.2C钢(a) (c)、基础钢与0.1和0.2N钢(b)(d)的名义应力-应变曲线(a) (b)以及DIM体积分数与名义应变的关系(c)(d)。此外, 图7显示了基础钢(a),0.1C钢(b),和0.1N钢(c)的真应力应变曲线以及加工硬化率-真应变曲线。黑色和灰色线分别对应亚稳奥氏体不锈钢(Fe-18%Cr-8%Ni合金)和稳定奥氏体不锈钢(Fe-18%Cr-12%Ni合金)的数据。在基础钢中，DIM的体积分数从变形初期就开始增加，使加工硬化速率迅速增加，这是TRIP钢的预期行为。然而，由于DIMT完成的较早，均匀伸长率(UE)的真应变约为0.3。另一方面，在0.1C和0.1N钢中，由于奥氏体稳定性高，高加工硬化速率一直持续到变形后期，导致其较高的UE，其真应变大于0.5且强度不降低。在0.1C钢中，由于在DIM中C的动态应变时效，当真应变超过0.4时，加工硬化率出现显著变化(锯齿)(如图7所示(b)) 。虽然0.1C钢的DIM体积分数低于0.1N钢，但0.1C钢具有高的抗拉强度(TS)。如前一节所述，这可能是因为在0.1C钢中生成的DIM比在0.1N钢中生成的DIM更硬，承受的应力更高，稍后将对此进行描述。当C和N加至0.2%时，DIMT在拉伸试验中没有发生，因此，TS降低。图7 (d)和7 (e)显示了加C钢(d)和加N钢(e)的加工硬化率曲线。由于奥氏体的稳定化,随C和N含量的增加,加工硬化率的最大值降低，而且在TS不降低的情况下伸长率显著提高。每种钢的拉伸性能总结于图8。如图8(a)所示，N对0.2%屈服应力的影响略高于C。原因之一是Cr和N形成非立方对称的i-s化合物，这些化合物影响了奥氏体内的间隙-位错反应。18)图8(b)显示了C和N对TS的影响。加C钢的TS高于加N钢。TS最大值在0.05 ～ 0.1% C、N含量范围内，这是因为随着C、N含量的减少，DIM的强度降低，而随着C、N含量的增加，DIM的体积分数降低。对于图8(c)中的UE,随着C和N的加入UE有增加的趋势，这可能是由于随着奥氏体稳定性的增加，TRIP现象一直持续到变形后期。然而，对于0.2C钢，不发生DIMT，也不出现TRIP效应，UE低于0.1C钢。另一方面,如同0.2C钢，0.2N钢中也很难出现DIMT,与0.1N钢相比，它的UE更高，这是因为在高氮奥氏体钢中，平面位错发展导致的高的加工硬化率。图8 (d)显示了每一种钢的强度-塑性平衡(TS×UE)。与基础钢相比，通过提高加C钢和加N钢的UE，提高了强度-塑性平衡。特别是0.1C钢具有最高的强度-塑性平衡。如上所述，强度和塑性随奥氏体加工硬化程度、强度和DIM含量的不同而变化，因此，我们可以通过有效控制C和N的含量来控制亚稳奥氏体不锈钢的力学性能。
图8 Fe-18%Cr-8%Ni-(C,N)合金中C或N含量与0.2%屈服应力(a),抗拉强度(b）,均匀伸长率(c),以及TS×UE(d)的关系
3.3 形变诱导马氏体流动应力的估算
采用割线法计算了DIM在拉伸试验中的流变应力，进而评价了DIM对亚稳奥氏体不锈钢加工硬化行为的影响。割线法的输入数据列在表2中。对于奥氏体相的真应力-应变(σ-ε)曲线，将图7中稳定奥氏体不锈钢的数据拟合到Swift方程。
其中a、b、N为拟合参数。所有钢和相的杨氏模量和泊松比分别为200000 MPa和0.3。进而，将拉伸试验中DIM的体积分数Vα′随真应变ε的变化拟合到Matsumura方程中。
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其中Vγ0为奥氏体的初始体积分数，kp和p为拟合参数。除上述输入数据外，采用双相钢(Fe-18%Cr-8%Ni合金)的真应力-应变曲线进行计算。用割线法计算得到了DIM单相的真应力-应变曲线。图9为基础钢(a)(d)、0.1C钢(b)(e)和0.1N钢(c)(f)的计算结果。输入数据(Fe-18%Cr-8%Ni合金(奥氏体+DIM)和Fe-18%Cr-12%Ni合金(奥氏体)的真应力-应变曲线，以及DIM的体积分数)以空心标记画线表示，输出数据(DIM的真应力-应变曲线)绘制为实心标记。输入数据和相应的输出数据用虚线连接。在冷轧应变或变形的早期形成的DIM强度与变形后期由重变形奥氏体形成的DMI强度之间存在差异;然而，输出数据代表各种DIM强度的平均值。在基础钢中，虽然大约70%的DIM在真应变为0.1时已经转化，但基础钢(Fe-18%Cr-8%Ni合金)的流动应力几乎与奥氏体(Fe-18%Cr-12%Ni合金)相同，表明DIM对0.1以下真应变的强化作用不大。这是因为变形初期，基础钢的奥氏体强度与DIM强度相差不大，如图4中的纳米压痕试验结果所示。随着变形的进行，基础钢发生了明显的加工硬化，其流动应力与奥氏体的流动应力出现较大的偏差。DIM的真应力-应变曲线与基础钢基本一致，因为DIM主要由奥氏体转化而成，与基础钢不同的是，0.1C钢在DIMT开始后立即发生了较大的加工硬化。在DIMT开始应变处，DIM的应力高达1200 MPa。由于0.1C钢的奥氏体和DIM强度差异较大，且DIM逐渐发展，其加工硬化行为与母钢有所不同。另一方面，当应变约为0.3时，此时DIM含量约为20%，0.1N钢的加工硬化开始大幅增加，DIM强度介于基础钢和0.1C钢之间。因此，亚稳奥氏体钢的强度和加工硬化行为很大程度上取决于DIM的强度。由于DIM在0.1C钢中获得的应力最高，其次是0.1N钢和母钢，结果表明，虽然DIM的数量有所减少，但添加C和N可以强化DIM，从而提高TRIP效应。特别是在0.1C钢中，与0.1N钢相比，由于显著坚硬的DIM逐渐形成，持续至变形后期，实现了优异的强度-塑性平衡。
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图9 基础钢(a)、0.1C(b)以及0.1N(c) Fe-18%Cr-8%Ni-(C,N) 合金和Fe-18%Cr-12%Ni-(C,N)合金（空心标记）以及采用割线法计算的DIM应力应变曲线（实心标记）。基础钢(d)、0.1C钢（e）以及0.1N钢(f)DIM体积比与真应变的关系
4结论
研究了C和N对亚稳奥氏体不锈钢(Fe-18%Cr-8%Ni合金)DIM强度的影响，并确定了其加工硬化行为。结论总结如下:
(1) C的力学稳定效果高于N。虽然加C钢的DIM体积分数低于加N钢，但在提高亚稳奥氏体不锈钢冷轧后的硬度及加工硬化率方面比N更为有效。这是因为C对DIM的强化效应高于N。因此,通过加C和N形成的硬的DIM对于提高加工硬化是有效的。
(2)添加C和N改善了亚稳奥氏体不锈钢的强度-塑性平衡，与添加N相比，添加C的钢获得了更好的性能。割线法计算表明，这是由于含C和N的DIM在拉伸试验中具有较高的应力所致。在0.1C钢中，与0.1N钢相比，由于显著坚硬的DIM逐渐形成直到变形后期，实现了优异的强度-塑性平衡。
