超细晶相变诱导塑性钢的组织控制与TRIP效应的多尺度分析

Transformation induced plasticity steel is one kind of advanced high strength steels developed on the base of TRIP effect. It has excellent comprehensive mechanical properties. Microstructure modification is one of an important preparation technology of TRIP steel, and TRIP effcet is the key scientific essence. This project intends to prepare the TRIP steel with ultrafine grain by means of the integrated grain refinement technology, which the grain size is less than 1μm and retained austenite size is less than 0.5μm. The microstructure modification and TRIP effect of the ultrafine grain steel will be studied by experiment and analyzed by modern material science theory. A series of advanced analysis instruments and methods are applied in the project, such as SEM, TEM, EBSD, XRD, CLSM (Confocal laser scanning microscopy), in-situ tension tester and nano-indenter. Comprehensive grain refinement technology of TRIP steel, the mechanism of carbon partition, diffusion and enrichment, stability of retained austenite and the evolution of microstructure are investigated systemically. On the base of the micromechanics theory and computer simulation, plastic deformation mechanism and TRIP effect of ultra-fine TRIP steel are predicted by the multi-scale analysis including macroscopic、mesoscale and microscale analysis. A multi-scale model ransformation induced plasticity is established to reveals the relationship between the macroscopic mechanical behaviors and micro-models of ultra-fine grained TRIP steels. This study has important theoretical significance and practical value, and provides theoretical guidance for developing advance TRIP steels.

相变诱导塑性钢是基于TRIP效应而开发的一种先进高强汽车钢，具有优良的综合力学性能。组织控制是TRIP钢的关键技术，相变诱导塑性效应（TRIP效应）是关键科学问题。本申请课题采用综合细化晶粒技术，制备出晶粒尺寸小于1μm，残余奥氏体尺寸小于0.5μm超细晶TRIP钢，针对超细晶TRIP钢的组织控制和TRIP效应开展实验研究和理论分析。采用SEM、TEM、CLSM、EBSD、XRD、原位拉伸和纳米硬度计等先进实验手段，系统研究TRIP钢综合细化晶粒技术、C配分、扩散和富集规律、残留奥氏体稳定性和组织演变，运用细观力学理论和计算机模拟，从宏观（macro）、细观（meso）和微观（micro）尺度分析超细晶TRIP钢的塑性变形机理和TRIP效应，建立一个多尺度的相变增塑模型，揭示超细晶TRIP钢宏观力学性能与微观模型之间的联系，为开发高性能TRIP钢提供理论指导，具有重要的理论意义和实用价值。

相变诱导塑性钢是利用介稳的残留奥氏体在应力应变作用下发生相变诱导塑性效应而研发的一种先进高强钢，具有优良的综合力学性能，是一种最具发展前景的先进高强钢。相变诱导塑性钢微观组织中含有一定数量的介稳奥氏体，其组织控制特别是残留奥氏体控制和相变增塑机理是TRIP钢的关键技术和科学问题。本课题围绕这关键技术和科学问题，开展系统的实验和理论研究，包括：（1）TRIP钢的综合细化晶粒技术；（2）TRIP钢组织演变和低温临界退火过程中碳元素配分、扩散和富集规律；（3）超细晶TRIP钢中残留奥氏体稳定性研究；（4）超细晶TRIP钢塑性变形和相变增塑机理多尺度分析。.研究开发一种综合细化晶粒技术，采用低碳、中锰和铌微合金化的成分设计，结合控轧控冷和低温临界退火方法，制备出铁素体尺寸小于1μm，奥氏体尺寸小于0.5μm的细晶TRIP钢，利用细晶强化、马氏体相变强化和相变增塑效应（TRIP effect）的强韧化技术，获得高强度、高塑形，如10Mn7实验钢在625℃保温4h的性能为：抗拉强度为1177 MPa，延伸率为30.92%，强塑积达到最大值36.39 GPa•%；研究马氏体组织的中锰钢的温轧技术，可以有效降低轧制力，解决冷轧难题，为中锰TRIP钢工业化应用提供一条途径；揭示超细晶TRIP钢的相变增塑机制，发现实验钢在变形过程中残留奥氏体转变形变马氏体，产生体积膨胀和马氏体相变硬化，推迟应力局部化而导致颈缩，在提高强度的同时，获得更高的均匀延伸率，同时发现长条状残留奥氏体比块状残留奥氏体具有更高的稳定性；采用有限元法对超细晶TRIP钢中残留奥氏体的相变过程进行了研究，建立多尺度相变增塑模型，解决超细晶TRIP钢相变诱导增塑的微观机制。.通过本项目的研究，阐明了超细晶TRIP钢的塑性变机理和相变增塑机制，揭示了超细晶TRIP钢宏观力学性能与微观模型之间的联系，为开发高性能TRIP钢提供理论基础。超细晶TRIP钢将以优异的力学性能应用到工业生产中，从而大大减轻汽车重量，提高汽车运行的安全性，为社会的可持续发展做出贡献。