铁素体基体纳米/超细晶Q&P钢的组织调控增塑本质及可控应变下的动态变形行为

Based on nano/ultrafine crystallization of ferrite to disperse premature stress concentration in retained austenite, the application project will take the Fe-0.2C-1.5Mn-1.5(Al+Si)-(0-0.05)Nb steel as the research subject, the microstructure control is conducted on nano/ultrafine grain (NG/UFG) structure by asynchronous cold rolling and special heat treatment, the NG/UFG Q&P automotive steel containing ferritic matrix is prepared, which has excellent combination of strength, ductility and toughness. Through design of program-control experiment and change of U-shaped opening extent for the dynamic deformation specimen, the nature of ductility enhancement under constant stress/constant strain and dynamic deformation behavior under controllable strain in NG/UFG Q&P steel after microstructure control are investigated. Coordinate mechanism among NG/UFG ferrite, martensite and retained austenite and its numerical value of influence on strength and plasticity are confirmed. Deformation mechanisms of multiple strengthening and ductility enhancement are quantitatively analysed. On the basis of the physical model, the constitutive equation that can quantitatively describe the relationship between mechanical performance and microstructural characteristics is established, which can also provide the basis for microstructure control. Based on the above research, in terms of microstructure control, fabrication technology and innovation of ductility enhancement theory, this project will provide the basis and theoretical foundation for the production and application of a new-generation NG/UFG automotive steel with high safety and light weight.

基于铁素体的纳米/超细晶化来抑制残余奥氏体的过早应力集中，本项目以Fe-0.2C-1.5Mn-1.5(Al+Si)-(0-0.05)Nb钢为研究对象，采用异步冷轧和特殊热处理工艺进行纳米/超细晶的组织调控，制备强度与塑性、韧性同步提高的铁素体基体纳米/超细晶Q&P汽车用钢。通过程序控制实验设计和改变动态变形试样U型开口度，研究组织调控后的纳米/超细晶钢在恒应力/恒应变下的增塑本质和可控应变下的动态变形行为。明确纳米/超细晶铁素体、马氏体和残余奥氏体的相互协调机制以及其对强度和塑性影响的具体数值。定量研究变形过程中的复合强化和增塑机制。构建可定量描述力学特性与组织特征之间关系的具有物理意义本构方程，为组织调控提供依据。基于上述研究，在组织调控、制备技术和增塑理论创新等方面，为新一代高安全性、轻量化的纳米/超细晶汽车用先进高强韧性钢的生产和应用提供依据和奠定理论基础。

基于铁素体的纳米/超细晶化来抑制残余奥氏体的过早应力集中，本项目采用异步冷轧和特殊热处理工艺进行纳米/超细晶的组织调控，制备了强度与塑性、韧性同步提高的铁素体基体纳米/超细晶汽车用钢。获得了动态变形条件下强塑积33.9GPa•％以上的冷轧Q&P钢、强塑积28GPa·%以上的热轧Q&P钢、抗拉强度1400 MPa及伸长率30%以上的异质结构Fe-Mn-Al-C高比强度钢。通过程序控制实验设计，研究了Q&P钢在恒应力下的变形行为，当加载应力低于屈服强度时，随时间延长，应变变化不大；以高于屈服强度的应力加载时，应变显著增加，发生应变诱导马氏体相变。单阶段保载变形时，应变随保载时间的延长略微增加；多阶段保载变形时，随着保载时间延长，应变显著增加。通过改变动态变形试样U型开口度，实现了可控应变研究Q&P钢的动态变形行为，在变形初期，残余奥氏体转变较快，转变量较大，多数大块状的、位于铁素体晶界处的残余奥氏体先发生相变，而稳定性较高的小块状、颗粒状及位于铁素体晶粒内部的残余奥氏体较慢发生相变，随着应变量的增大，残余奥氏体转变量逐渐减小，直至变形结束，仅剩过于稳定的小颗粒状残余奥氏体未发生相变。构建了包含微观组织变化的Q&P钢的本构方程，该方程的预测值与实测结果的吻合度超过96%，准确地描述了Q&P钢在准静态/动态变形条件下的力学行为。采用基于微观组织的有限元方法模拟了动态变形条件下的马氏体相变、应力应变在各相的分布，应力优先在的马氏体处集中，随着变形量的增大，应力逐渐向未发生相变的残余奥氏体内集中。应变优先在铁素体区集中，随着变形量的增加，逐渐在铁素体相内及铁素体与马氏体交界处形成局部高应变区，当相邻的局部高应变区逐渐合并后形成了高应变集中带，这些应变带与拉伸方向成45°或135°。本项目的研究在组织调控、制备技术和增塑理论创新等方面，为新一代高安全性、轻量化的纳米/超细晶汽车用先进高强韧性钢的生产和应用提供依据和奠定理论基础。