Al元素对新一代高强高韧汽车用钢的作用机制

In this proposal, the role of Al addition in a new-generation automotive medium Mn TRIP and medium Mn high Al steels will be systematically investigated. The main objective of this proposal is intended to: (1) study the influence of Al addition on phase transformation and its control; (2) investigate the influence of Al addition on phase constituents, phase volume fraction and phase properties of medium Mn steels, and reveal the strain-stress partitioning between phases during plastic deformation; (3) clarify the plastic strain incompatibility between complex phases and its resulting interphase stress on deformation behavior, based on the microstructural characterization, mechanical testing and finite element modelling; (4) explore the ways to improve the hole-expansion properties of Al-added medium Mn TRIP steels ensuring high strength and good ductility, and increase the strength of medium Mn high Al steels ensuring high ductility and good toughness; (5) reveal the enhanced mechanism of strength and toughness of Al-added medium Mn TRIP and medium Mn high Al steels, and suggest some approaches to control the microstructure and mechanical properties of high strength and ductile automotive steels. This work will not only help further understand the role of Al in the new-generation high strength and ductile automotive steels, enrich the theory of enhanced strength and toughness, but also provide experimental and theoretical supports for the research and development of new-generation automotive steels with both high strength and good ductility.

本申请拟以含Al中锰TRIP钢和中锰高铝钢为研究对象，研究Al元素对高强韧汽车用钢相变规律的影响及控制；研究Al含量对中锰钢的相组成、相体积分数和相的性质的影响，揭示变形过程中相间的应变配分规律；应用微观组织表征、力学性能检测和有限元模拟方法，明确复相组织钢中各相间的塑性应变不相容性，以及由此引起的相间应力对变形行为的影响；探索改善含Al中锰TRIP钢的扩孔性能和提高中锰高铝钢强度的途径，揭示含Al中锰TRIP钢和中锰高铝钢的强韧性机理，提出高强韧汽车用钢的组织性能调控方法和手段。.该研究取得的成果不仅可深化对Al元素在新一代高强韧汽车用钢的作用机制的认识，丰富含Al中锰钢的强韧性理论，还可为新一代高强高韧、成形性良好的汽车用钢的研发及生产奠定理论基础和提供技术支撑。

本项目以明确 Al 元素对新一代高强高韧汽车用钢的作用机制为目标，围绕含 Al 中锰 TRIP 钢和中锰轻质钢组织性能调控的基础理论和潜在应用难题开展研究。在相变规律、微观组织-力学性能关系、变形与强韧化机制以及微观力学行为模拟与性能预报等方面取得了重要的研究成果。主要研究进展：（1）针对Fe-8Mn-0/1.5/3Al-0.2C（wt. %）中锰TRIP钢，揭示了Al含量、变形及热处理条件对中锰TRIP钢组织性能的影响规律，明确了含 Al 中锰TRIP钢的组织性能控制原理。设计并开发出高强塑积且冲压性能良好的中锰 TRIP 钢的原型钢：1000 MPa 级别的含Al中锰 TRIP 钢具有高的扩孔率（≥80%），扩孔率显著高于同级别的超高强度钢。（2）针对Fe-12Mn-6/8Al-1C（wt. %）中锰高铝钢，揭示了Al 含量和热处理工艺参数对中锰高铝钢 κ-carbide 析出行为、微观组织、力学性能及变形行为的影响规律，阐述了中锰高铝钢的组织性能控制原理。设计并制备了高强塑积的中锰高铝原型钢： 抗拉强度达到 1000 MPa 以上，延伸率大于 35%。（3）评估了典型中锰钢在拉伸-压缩-拉伸往复加载过程中的包辛格效应，明确了合金元素、组织特征和加载方式对实验钢包辛格效应的作用机理；利用巴克豪森方法评估了实验钢拉伸过程中MBN 信号峰值与TRIP 效应之间的关联性，明确了材料变形过程中的相间应力和动态变化及对材料强韧性的影响规律。（4）开发了考虑 TRIP 效应的本构模型，利用代表性体积元法模拟了中锰钢在单轴拉伸条件下的力学行为，明确了承载时的应力应变配分规律及其对TRIP 效应的影响，确定了中锰钢变形过程中的相间应力/应变分配行为。采用晶体塑性有限元方法对中锰高铝钢变形过程中的应力-应变配分进行了模拟研究。（5）采用冲压成形试制了全尺寸中锰 TRIP 钢汽车门内防撞梁，尺寸误差满足装车要求。采用辊压成形制备了中锰高铝钢 U 型件，成形后的实验钢表面质量良好，尺寸精度高，几乎无回弹出现，满足成形性能要求。