超细晶Q&P钢的碳、锰配分规律和塑性变形机理

This project intends to develop a novel Q&P steel with ultrafine grains and multiphase microstructures by means of the integrated grain refinement technology and the quenching and partition (Q&P) process. Ultrafine microstructures composed of F + M + RA were obtained through reasonable composition design and the quenching and partition (Q&P) heat treatment after part austenitizing by intercritical annealing. The sizes of ferrite were less than 1 μm, and the width of martensite lath is less than 0.2μm respectively while the retained austenite volume fraction is above 20%. The advanced high strenth steel (AHSS) with high strength (1000~1500MPa), high plasticity (25%~30%) and superior strength-ductility balance (30~40GPao%) was prepared by the integrating strengthening and toughening methods, such as grain refinement, multiphase, martensitic strengthening, and phase transformation induced plasticity (TRIP effect). The concentration law of C and Mn and plastic deformation mechanism of the ultrafine Q&P steel will be studied by experiment and analyzed by modern material science theory. A series of advanced analytical instruments and methods are applied in the project, such as SEM, TEM, EBSD, XRD, 3DAP(Three-dimensional atom probe), CLSM (Confocal laser scanning microscopy), in-situ tension tester and nano-indenter. Comprehensive grain refinement technology of Q&P steels, the mechanism of carbon, manganese partition, diffusion and enrichment, arrangement of retained austenite and the evolution of microstructure is investigated systematically. Through the phase field theory and computer simulation, plastic deformation principle and transformation plasticizing mechanism will be revealed. These provide theoretical guidance for the development of high quality Q&P steel, which is of great significance to theoretical research and practical production.

本申请项目采用晶粒综合细化技术和淬火-配分处理相结合，通过合理的成分设计和两相区部分奥氏化的Q&P热处理，获得一种超细晶F+M+RA多相组织的Q&P钢，其中铁素体尺寸小于1微米、马氏体板条宽度小于0.2微米，残留奥氏体体积分数大于20%，利用细晶强韧化、多相组织强韧化、马氏体相变强化和相变增塑效应获得高强度(1000~1500MPa)、高塑性(25%~30%)和高强塑积（30～40GPao%）的先进高强钢。针对这种超细晶先进高强钢的碳、锰配分规律和塑性变形机理开展实验和理论研究。采用SEM、TEM、CLSM、EBSD、XRD、3DAP、原位拉伸和纳米硬度计等先进实验手段，系统研究Q&P钢综合晶粒细化技术、C配分、Mn配分规律、残留奥氏体控制和组织演变，运用相场理论和计算机模拟，研究超细晶Q&P钢的塑性变形机理和相变增塑效应。为开发高性能的Q&P钢提供理论指导，具有重要的理论意义和实用价值。

在不断发展的汽车轻量化以及钢铁工业产品结构优化的背景下，第三代汽车先进高强钢的开发成为了世界企业与科研人员研究的重点之一。淬火-配分(Q&P)钢由于其新颖的热处理概念，是最具发展前景的第三代先进高强钢。本项目围绕关键技术和科学问题，开展系统实验和理论研究，包括：（1）超细晶 Q&P 钢综合细化晶粒技术；（2）超细晶 Q&P 钢中 C、Mn 元素的配分和富集规律；（3）两相区临界退火 Q&P 热处理过程中的组织演变；（4）超细晶 Q&P 钢中强韧化机理与与塑性变形相场分析。.开发了一种通过冷轧回火态马氏体组织+随后的Q&P热处理的方法，制备出了铁素体基体平均尺寸为1μm左右的超细晶Q&P钢；在假设相界面静止的状态下建立了C扩散的模型，配分过程中相界面呈现出一定的双向性，且Mn的存在在一定程度上减慢了C的分配过程，而碳化物的析出大大的降低了C元素向奥氏体中的富集；研究了超细晶组织的演变过程，在冷变形过程中，组织中存在大量的大角度晶界，而在加热过程中，碳化物的钉扎作用抑制了晶粒的长大，到达退火温度后，奥氏体的形成与碳化物的溶解同时进行，奥氏体岛的形成接替了溶解碳化物的钉扎作用，从而铁素体晶粒的长大被抑制，而未溶解的尺寸较大的碳化物则依然能够起到钉扎作用；建立连续加热过程中再结晶-相变交互作用模型，奥氏体的形成与基体的再结晶过程形成交互竞争关系，细化了两相区组织；采用二维的代表性体积元模型的方法，研究了不同的残余奥氏体尺寸以及不同的相分布对于变形过程中应力应变分布以及残余奥氏体转变行为的影响，残余奥氏体转变的马氏体对于附近奥氏体的进一步转变起着阻碍的作用，超细晶Q&P钢的组织分布更有利于残余奥氏体最终转变量的提高。.通过本项目的研究，阐明了超细晶Q&P钢的组织演变和相变增塑机制，为开发高性能Q&P钢提供理论基础。超细晶Q&P钢将以优异的力学性能应用到工业生产中，提高汽车运行的安全性，为社会的可持续发展做出贡献