Fe-Mn熔体中Mn的活度研究(2)
1.1 TWIP钢的发展
尽管Fe-Mn-C高锰钢早在1880年就被提出，但它一直主要用作耐磨材料，并未在汽车工业中得到广泛应用[1]。1997年，在试验研究Fe-Mn-Si-A1系TRIP钢时发现，当锰含量达到25%时，其抗拉强度和延伸率的乘积在50000MP%以上，是一般高强韧性TRIP钢的2倍[2]。由于该类合金高强韧性来自形变过程中孪晶的形成而非TRIP钢中的相变，故命名为孪生诱发塑性钢，简称TWIP钢。
1.1.1 研究背景
早在1880年，R.Hadfiekl就发现奥氏体不锈钢和高锰Hadfield钢，趋向于形成大范围的堆垛层错、孪晶以及平面位错结构[3]，这便是TWIP钢的前身。但是随后高锰合金却一直没能在汽车用钢的领域得到广泛的应用。直到能源的掣肘下，各大国争相研究汽车轻量化的途径。TWIP钢这才得以受到重视。
自第一次石油危机后，汽车的轻量化研究工作就开始了，进入20世纪90年代，汽车轻量化得到加速[4]。镁合金和铝合金的发展基本实现了研究者提出的减重40%的最初目的，但却引起了汽车成本的大大增加，于商业和生产的不利显而易见，工艺也较为复杂。因此，这方面的发展脚步逐渐减缓。
最后，研究者发现钢铁因其低成本和大规模集成化生产的优势，作为汽车生产主要用材依旧适用，但本质发生了重大的改变。TWIP钢以其优异的性能从耐磨材料一跃成为最炙手可热的汽车用钢。从90年代开始到现在，坐了近百年“冷板凳”的高锰TWIP钢正发挥它应有的风采。
1.1.2 发展成果
近几年在科研工作者的不断攻关下，通过调整成分，研究了多种新型的高锰钢成分对组织结构和TWIP效应以及对强度、塑性的影响。结果表明，该钢在变形后基体中存在大量细小的形变孪屏，室温下可具有相变诱导塑性和孪屏诱导塑性的TWIP效应，因而具有高的强度和极高的伸长率。该钢种是很有前途的高强度、高塑性钢种，满足下一代汽车制造对钢铁材料的需求[5]。
而在二十多年内，TWIP钢已经有了三个阶段的发展[6]：
初始阶段：
在这个阶段的TWIP钢一般成分较为复杂，多为含有大量Fe、Mn、Al、Si的合金(比如Fe-25Mn-3Al-3Si)。一般会锻造成棒材，经高温退火后水冷[6]。
但是该成分的TWIP钢在浇铸、冶炼和加工工艺上十分繁琐，焊接麻烦，大量的合金元素严重制约了其大规模的生产应用以及部分性能。
发展阶段：
经过发展阶段的积累和教训，这个阶段的TWIP钢渐渐成熟。去除了钢中原有的Al和Si成分并依然保留很大比例的锰含量，一般为Fe-Mn-C三相合金。很大成分上改善了其浇铸和加工性能，但有延迟断裂、一定程度的缺口敏感性的力学问题[2]。
现状与未来：
二代TWIP钢的共同缺点是生产加工过程中吸氢比较严重，有时会造成延迟断裂。一般吸氢可以通过退火来消除，但是由于镀锌过程带来的吸氢退火能破坏镀层，所以不能通过退火来消除。因此开始了新的TWIP钢的研发[6]。目前尚在研究中。
由上述可见，TWIP发展顺应了汽车产业的变革。而在其成分中，Mn的含量一直起着决定性的作用，事实上在目前的TWIP钢冶炼中，保留适量的Mn也一直是个难题。而纵观现阶段所有的高强钢研发工作，其思路都趋于一个方向，即生成高强的基体组织和足够多的奥氏体，同时奥氏体稳定性是可控的[7]。
总结
TWIP钢相比其他钢种的优势在于它强度和塑性之间的良好配合。相比于那些强度大但塑性差、塑性强但强度差的钢种，在保留高强度的同时它拥有优良的塑性，并且质量相比其他较轻，不失为理想的汽车用钢。
TWIP钢的成分和传统钢种不同，它的含锰量很高，并且含有铝、硅等合金元素。