高强塑积可淬可焊汽车用钢成形淬火一体化工艺基础

成形淬火一体化是应汽车轻量化需求而发展起来的新型汽车零件加工工艺。目前面临的主要技术障碍是缺少适用的高强塑积可淬可焊钢种及相应的处理技术。为此，本项目拟开展强塑积高于20000MPa%的汽车用钢的研制以及相关成形淬火一体化工艺开发，并提出以下研究思路和解决方案：1）提出控制残余奥氏体精细结构的新方法并以此提高热冲压用钢的塑性和强塑积；2）提出马氏体晶格系数与碳原子化学位的相关性，建立碳配分理论模型；3）通过分析合金化及工艺参数对马氏体相变的影响，建立热力耦合状态下残余奥氏体生成的理论模型；4）研究应力应变诱发马氏体的结晶学特征，建立其改善材料韧性的机理；5）开发具有温度梯度的热冲压模具及优化设计理论，通过梯度热处理实现零件性能差别化。本项目的研发目标是建立高强塑积汽车用钢强韧化的新理论并在该理论的指导下，进行典型汽车热冲压件样件的试制，奠定高强塑积可淬可焊汽车用钢成形淬火一体化工艺基础。

采用热冲压白车身零部件是降低汽车油耗和提高其安全性的有效技术手段，但目前传统热冲压汽车用钢尚无法满足某些汽车零部件对防撞性能的要求。在这一市场和技术背景下，我们在本项目计划书中提出了研发强塑积超20GPa%同时具备良好焊接性能的先进热冲压汽车用钢这一研究目标。同时，我们还提出了为保证实现这一研究目标而需要解决的一系列基础理论问题和创新点。经过4年的努力，这一研究目标已经成功实现，取得如下重要研究成果：.1）开发成功强塑积超20GPa%的先进热冲压（AHF）汽车用钢，其特点是具有良好的焊接性能并可以使用现有热冲压工艺和设备进行生产；2）开发成功一系列具备工业化前景的热冲压新工艺，包括动态碳配分工艺、高温脱模工艺、和烘烤韧化（BT）工艺；3）提出双马氏体（DM）和多马氏体（MM）混合组织的概念，使用多种实验手段证明了它们的存在，并提出了它们的形成机制。4）提出了动态碳配分（DCP）的概念并观察到其发生的实验证据；5）提出了“好”残余奥氏体和“坏”残余奥氏体的概念，并在此基础上提出了烘烤韧化工艺的工作机理；6）建立了多个定量理论模型，包括双马氏体强度预测模型和动态碳配分下残余奥氏体预测模型；7）修正了Speer的碳在马氏体-奥氏体相之间受约束准平衡热力学传统模型，解决了现有碳配分理论与实验数据之间不符的矛盾；8）观察到纳米富铜粒子在试样淬火过程中瞬时析出的现象，并利用淬火空位对这一现象进行了物理解释；9）发现了碳化物在AHF钢中的析出规律；10）建立了基于动态碳配分理论和双马氏体/多马氏体显微组织工程学的马氏体钢强韧化新理论；11）建立了马氏体转变元胞自动机，实现对AHF钢板淬火过程中马氏体相变和残余奥氏体含量和分布的预测；12）在热-力-流多场耦合模拟的基础上完成了热成形模具及冷却系统设计；13）对采用模具差温淬火方法和板坯差温加热方法制备具有强度差异分布的冲压件的可行性进行了实验验证；14）制备了典型汽车安全结构试验件并对其力学性能进行了检测和分析。.上述研究成果不仅为汽车工业提供了一个性能优异的热冲压汽车用钢新品种，而且还大大丰富了现有物理冶金学知识，为钢铁材料，特别是马氏体钢的显微组织工程设计和力学性能优化提供了新思路和新方法，因此同时具有工业和科学意义。