为满足人们对汽车轻量化的要求,汽车行业需要开发性能更优良的高强度钢板,因此先进高强钢应运而生。在新型钢铁材料中,孪生诱发塑性TWIP（Twinning Induced Plasticity）钢拥有高强塑积和良好的综合力学性能,成为国际汽车结构用钢的研究热点,TWIP（500/750/980）已经成功应用于车体的驾驶舱、前侧梁以及前后防撞梁、车门防撞梁等位置,展现出强大的竞争力。TWIP钢在服役过程必然要承受循环载荷,由此引发的突然断裂将造成巨大的经济损失和人身伤亡,所以对TWIP钢疲劳性能的探索具有重要意义。本论文旨在探索由塑性变形引起的疲劳损伤对Fe-20Mn-0.6C TWIP钢的疲劳寿命影响。通过拉伸实验所获取数据设计疲劳实验,利用疲劳载荷对显微硬度的影响验证位错密度和形变孪晶密度的变化规律,根据断口形貌、金相组织以及微观位错结构表征结果分析不同晶粒尺寸实验钢的疲劳性能。通过改变轧制工艺来制备不同晶粒尺寸的Fe-20Mn-0.6C TWIP钢。热轧工艺获得实验钢的平均晶粒尺寸为50 μm,其形状规则、尺寸均匀且呈等轴状,两阶段控轧工艺获得的实验钢平均晶粒尺寸为20 μm,晶粒几何形状不规则,并且在大晶粒周围分布小晶粒。两个晶粒尺寸实验钢的微观组织都包括奥氏体和部分奥氏体晶粒内的退火孪晶。采用晶粒尺寸分别为50 μm和20 μm的轧制样品作为研究对象,开展恒应变幅为0.6%、1.0%、1.6%的拉压疲劳实验。两种晶粒尺寸的样品在疲劳过程都出现循环软化、应力饱和以及循环硬化现象。当晶粒尺寸为50 μm时,应变幅为0.6%、1.0%、1.6%的实验钢疲劳寿命分别为6037周次、1103周次、247周次;当晶粒尺寸为20 μm时,应变幅为0.6%、1.0%、1.6%的实验钢疲劳寿命分别为2843周次、1600周次、375周次。当晶粒尺寸相同,随应变幅增大,疲劳寿命降低。当晶粒尺寸不同时,在应变幅为1.0%、1.6%时,实验钢的疲劳寿命与晶粒尺寸成反比;在应变幅为0.6%时,晶粒尺寸为20 μm Fe-20Mn-0.6C TWIP钢在疲劳过程发生二次循环硬化现象,导致峰应力值升高,此时实验钢的疲劳寿命与晶粒尺寸成正比。采用SEM观察不同晶粒尺寸TWIP钢的断口形貌。断口主要特征包括裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬间断裂区。在裂纹萌生区能发现疲劳辉纹的存在,并且随着外加载荷以及距离样品截面边缘距离增加,疲劳辉纹间距逐渐变宽。在裂纹扩展阶段,晶粒尺寸为50 μm时,实验钢的断口形貌是为解理台阶和疲劳辉纹,在应变幅为1.6%时,其断口形貌出现半韧窝;晶粒尺寸为20 μm时,实验钢的断口形貌主要是光滑的解理平面。在瞬间断裂区出现与拉伸断口形貌相同的韧窝。采用OM观察两个晶粒尺寸实验钢在不同应变幅下的微观组织。其微观组织都包括原始奥氏体、退火孪晶以及塑性变形诱发的形变孪晶。晶粒尺寸为50 μm时,Fe-20Mn-0.6C TWIP钢的形变孪晶密度随应变幅增加而增加,并出现多次孪晶,当应变幅从0.6%增加到1.6%,其硬度值由300 HV增加到386 HV。晶粒尺寸为20 μm时,Fe-20Mn-0.6C TWIP钢在应变幅0.6%发生二次循环硬化现象,导致应变幅为0.6%形变孪晶含量要高于应变幅为1.0%,但两者硬度值相差很小,分别是297 HV、310HV。采用XRD测得两个晶粒尺寸实验钢在不同应变幅下的XRD半高宽,并计算位错密度。晶粒尺寸为50 μm时,Fe-20Mn-0.6C TWIP钢在应变幅0.6%、1.0%、1.6%的位错密度值分别是1.0×1018 m-2、3.1×1018 m-2、10.4×1018 m-2,随着应变幅增大,位错密度逐渐增加。晶粒尺寸为20 μm时,实验钢在应变幅0.6%下发生二次循环硬化现象导致形变孪晶含量增加,因此应变幅0.6%位错密度大于应变幅1.0%位错密度,两者的位错密度值分别为3.2×1018 m-2、2.1 ×1018 m-2。在应变幅为1.6%时,位错密度为8.5×1018 m-2。疲劳样品的微观结构包括孪晶、层错、驻留滑移带（PSB）以及各种位错形态。晶粒尺寸为50 μm时,由于热轧工艺所获得晶粒相对较大而且规则,所产生临界应力值较小,不足以发生攀移与交滑移。随应变幅增大,位错密度增加,并聚集在PSB（其宽度在110-150 nm）附近。晶粒尺寸为20 μm时,Fe-20Mn-0.6C TWIP钢出现网状位错结构。在应变幅为0.6%,其微观结构为网状位错结构与PSB交替排布,导致疲劳过程中出现二次循环硬化现象;在应变幅为1.0%、1.6%,其微观结构是由位错墙将PSB以及孪晶与网状位错结构分成的独立区域。