先进高强度钢形变诱导相变增塑的微观机制

本申请项目以自主创新研发的新一代中碳QPT1500 (抗拉强度1500MPa的Q-P-T钢)和低碳QPT1000、TRIP1000（抗拉强度1000MPa的TRIP钢）先进高强度钢为主要研究对象，通过准静态和动态力学的表征，从实验上论证两类钢中残留奥氏体的力学稳定性和形变诱导相变的增塑效应。基于碳化物析出对奥氏体含量的影响，修正Speer等模型，进行Q-P-T钢中最大奥氏体含量理论预测。考虑Q-P-T钢中形变诱导相变的增塑效应，对Mileiko两相等应变模型进行修正。通过微观组织的表征，尤其是动态拉伸的透射电镜观察，从实验上揭示形变诱导相变的微观机制。基于同步辐射高能X射线衍射测定，对Q-P-T钢和TRIP钢进行不同形变量下的应力应变分布和马氏体相变的有限元模拟，从理论上进一步揭示形变诱导相变的微观机制。基于上述的研究，以期系统地揭示两类先进高强度钢形变诱导相变及其增塑微观机制的异同性。

该项目由上海交通大学负责和东北大学参与在2014年12月完成的。主要目标是：1）研发出抗拉强度1500MP淬火-分配-回火（Q-P-T）钢和1000MPa相变诱发塑性（TRIP）钢并达新一代先进高强度的指标；2）研究两类现金高强度钢的形变诱导相变增塑的微观机制。.通过成分和工艺设计，中碳 (Fe-0.42C-1.46Mn-1.5Si-0.028Nb) Q-P-T钢的抗拉强度大于1500MPa，塑性大于20%，其强塑积大于30000MPa%，成为新一代先进高强度钢。使碳含量的增加同时提高碳含量小于5wt%钢的强度和塑性，实现了至少百年来研究者的愿望。在研究残留奥氏体增强塑性的机制中，基于形变中马氏体和残留奥氏体中平均位错密度的X射线衍射（XRD）的测定，提出了残留奥氏体吸收来自相邻马氏体中位错的DARA效应，有效增强了马氏体的形变能力，从而显著提高钢的塑性。继近50年前提出的TRIP效应和BCP（阻挡裂纹扩展）效应结合DARA效应，三者构成了完整的残留奥氏体增塑的微观机制。在所建立的一维应变等效模型基础上，通过有限元模拟揭示了TRTP效应的起因：残留奥氏体通过应变诱发马氏体相变松弛了应力集中，马氏体相变在较大的应变范围缓慢发生，提高钢的塑性。.新型Fe–0.18C–11Mn–3.8Al 的TRIP钢被设计，其由铁素体和奥氏体两相构成。该新型TRIP钢通过800℃临界硬化处理得到74%奥氏体和26%铁素体，其抗拉强度为1131MPa和延伸率为37%，强塑积为41874MPa%，尤其是750℃临界硬化处理（64%奥氏体），其延伸率高达67%，强塑积为67000MPa%，是目前报道的最高强塑积的超级TRIP钢，成为新一代先进高强度钢。上述结果表明，增强高强度TRIP钢塑性的关键因素是奥氏体在形变中的稳定性，高的稳定性将产生更显著的TRIP效应。进一步的研究表明，晶粒尺寸和Mn的不均匀分布对奥氏体的稳定性起到至关重要的作用。奥氏体最大稳定性对应的晶粒尺寸是约0.6µm. 极其优秀的力学性能归因于不连续的TRIP效应和铁素体的协助形变，其中不连续效应是Mn不均匀分布所致。上述的创新成果超过了我们预期的目标。