超细晶亚稳组织高强塑积钢的制备基础与动态变形行为研究

The development and research of a new generation high strength and toughness automobile steel involves the process such as regulation and refinement in multiphase microstructure (ferrite, bainite, martensite and retained austenite), metastable retained austenite morphology and size refinement. This application combines the component optimization design, adjustment of nonequilibrium metastable microstructures, the maximum using of grain refinement and plasticizing effect of nonequilibrium metastable microstructures to the development of high strength (tensile strength ≥1200MPa), high plasticity (elongation≥25%) steel followed by the feasible application of a low-cost industrial production. The SEM, TEM, XRD and 3DAP methods is used for the research of phase transformation, morphology and crystallographic features of bainite/martensite lath and the analysis of C, Mn element diffusion, partition and enrichment behavior. The comparative study between quasi-static and dynamic deformation behavior of the high strength and toughness steel is demonstrated using the high-speed tensile testing machine. The evolution and phase transition behavior of retained austenite with different forms and content is studied by situ neutron diffraction and synchrotron radiation under the conditions of temperature and stress / strain. The understanding of factors affecting the stability of retained austenite, plasticizing effect and the strengthening and toughening mechanism contributes to providing theoretical guidance and reference for the development and application of ultra-high strength and toughness steel.

利用高强钢的多相组织（铁素体、贝氏体、马氏体和残留奥氏体）调控与细化，钢中亚稳残留奥氏体形态和尺寸的控制是新一代汽车钢开发研究的热点。本申请拟从成分体系设计和多相组织调控出发，利用非平衡亚稳组织晶粒超细化与相变增塑效应相结合的控制思路，实现高强度（抗拉强度≥1200MPa）、高塑性（延伸率≥25%）的高强塑积钢的研发，探索可行的低成本工业生产方案。利用SEM、 TEM、XRD和3DAP等研究超高强韧钢的组织转变规律和贝氏体/马氏体形态及晶体学特征，分析C、Mn元素扩散、配分和富集行为，利用高速拉伸试验机对比研究高强韧钢的准静态和动态变形行为, 利用原位中子衍射及同步辐射研究温度、应力/应变加载条件下高强韧钢中残留奥氏体（形态、含量）的演变规律和相转变行为。明确钢中残留奥氏体稳定性的影响因素和增塑效应的作用机理，揭示超高强韧钢的强韧化机制，为汽车用高强韧钢的开发与应用提供理论指导和参考。

汽车轻量化及提高碰撞安全性迫切需要研发高强塑积汽车用钢并实现应用，钢中残留奥氏体控制及高强钢的动态力学行为研究等科学问题成为研究热点。为此，本项目优化设计了高强钢成分体系，以“淬火配分”为核心工艺，结合前驱体组织的设计和对比分析，充分发挥“回火马氏体”的组织强化、超细晶强韧化以及高体积分数残留奥氏体相变增塑效应的综合作用，实现了超高强度钢（抗拉强度＞1300MPa）组织调控与高强塑积钢（强塑积＞35GPa·%）的临界区奥氏体化淬火及回火配分（IQ-TP）制备技术。. 利用Thermo calc/DICTRA等热力学动力学软件及原子探针层析技术（APT）证实了碳锰元素在临界区奥氏体化及回火两阶段均促成了亚稳残留奥氏体的双重富集稳定，揭示了高强塑积钢微观元素配分规律。利用轧前组织预处理、预淬火处理、冷轧压下率控制等多种工艺控制新方法，实现了钢中残留奥氏体的高度均匀分布。超细晶马氏体组织预处理有效降低了原始奥氏体晶粒大小，并有助于更高稳定性板条状残留奥氏体的形成及持续性TRIP效应。. 有效结合高速拉伸、原位拉伸与EBSD、TEM等表征技术，从微观及宏观研究了高强韧钢的准静态/动态力学行为及断裂机理。塑性变形导致高密度位错在铁素体、马氏体的累积以及残留奥氏体的马氏体转变造成材料的显著硬化，局部马氏体相变进一步切割细化高稳定性的板条状残留奥氏体实现材料的相变增塑效应；双相钢及高强韧钢均在高速碰撞下呈现更好的力学性能以及在均匀延伸率位置的优异吸能特性，相对于商用高强钢，高强韧钢中高比例马氏体的存在有助于其在高速碰撞下显示出更大的吸能优势。在准静态及动态变形下材料断裂均以马氏体和铁素体界面断裂为主。. 通过研究，形成了非平衡亚稳组织晶粒超细化的控制技术及高强塑积钢的制备技术，阐明了各工艺阶段C、Mn等元素扩散、配分机制，明确了高强塑积钢中残留奥氏体的相变增塑及应变硬化的微观机制，掌握了高强韧钢在动态变形过程中的力学行为特征与断裂机理，为超高强汽车用钢的开发与应用提供指导。