碳（C）是鋼鐵材料的基本構(gòu)成元素，隨著固溶、偏析和析出等存在狀態(tài)的變化，直接或者通過(guò)組織形成間接地影響強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能。因此，了解添加到鋼中的碳的存在狀態(tài)和熱處理中以及塑性變形中的碳行為是材料開(kāi)發(fā)中最關(guān)心的問(wèn)題之一。作為定量分析碳存在狀態(tài)變化的方法，宏觀方法有電阻法、內(nèi)摩擦法和穆斯堡爾光譜法。作為微觀分布測(cè)定法，代表性的是電子顯微鏡法和原子探針（AP）法，每種方法都還在技術(shù)發(fā)展中。其中，AP法是在場(chǎng)離子顯微鏡（FIM）法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種質(zhì)量分析法，充分利用可以在原子水平的空間分辨率下定量分析鋼鐵材料中重要的輕元素的特征，被用于鋼中的碳析出和偏析的研究以及了解力學(xué)性能的表現(xiàn)機(jī)制。本文將結(jié)合幾個(gè)材料開(kāi)發(fā)課題來(lái)闡述碳行為的AP定量分析案例，并闡明對(duì)該方法今后的期望。

1）烘烤硬化（BH）鋼板

汽車(chē)外板所使用的烘烤硬化鋼板，其特征在于沖壓成形后涂漆烘烤時(shí)的屈服強(qiáng)度會(huì)提高。通過(guò)對(duì)附加預(yù)應(yīng)變后170℃烘烤處理中位錯(cuò)的碳偏析行為進(jìn)行量化分析，確認(rèn)了由于科垂?fàn)枤鈭F(tuán)而形成了提高屈服強(qiáng)度的機(jī)制。此外，原子探針?lè)治龇ㄟ€用于研究兼顧使用置換式溶質(zhì)（S）-間隙式溶質(zhì)（I）相互作用的烘烤硬化及常溫延遲時(shí)效性技術(shù)。

2）鋼索/橋梁用拉絲珠光體鋼絲

在標(biāo)記的鋼絲中，抑制在高拉絲應(yīng)變區(qū)域發(fā)生的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)的層狀剝離斷裂（分層）是技術(shù)難題。通過(guò)AP法觀察到拉絲加工中的層狀滲碳體分解行為，說(shuō)明層狀鐵素體中的碳含量增加。并且該鐵素體中的過(guò)飽和碳含量與分層產(chǎn)生行為之間存在相關(guān)性。

3）高強(qiáng)度馬氏體鋼

結(jié)構(gòu)用鋼的高強(qiáng)化正在快速進(jìn)展中，本研究有助于理解低碳和中碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼通過(guò)淬火和回火的組織控制以及對(duì)力學(xué)性能的組織影響。AP法利用QT/QP處理中的碳化物析出和殘余γ中的碳再分配行為的分析，并提供有關(guān)組織控制的重要知識(shí)。

關(guān)于碳的時(shí)效和析出現(xiàn)象及其對(duì)力學(xué)性能的影響目前還存在許多不清楚的地方，在對(duì)這些問(wèn)題的理解中，掌握晶格缺陷附近的碳行為十分重要。最近，出現(xiàn)了關(guān)于通過(guò)用高分辨率TEM 事先觀察AP的針試樣，然后觀察對(duì)應(yīng)晶格缺陷位置和碳析出位置的案例報(bào)道，結(jié)論是AP法可以繼續(xù)作為有用的分析方法來(lái)推廣。此外，還報(bào)道了包括AP法與其他分析方法的相互利用以及與計(jì)算科學(xué)方法的結(jié)合等研究案例，期待進(jìn)一步提高對(duì)鋼中碳行為和力學(xué)性能影響機(jī)制的理解。