具有TRIP效应的超细贝氏体钢的相变规律与塑性变形机理

This project aims at producing ultra-high strength automotive parts by modified hot stamping process, and developing TRIP-aided ultrafine bainite steel with high strength (TS: 1500~2200MPa) and high ductility (TE: 10~20%). Systematically researches will be focused on composition design, multiple refining technology, transformation acceleration technology, mechanism of phase transformation and deformation mechanism. Through low and medium carbon composition modification and process optimization, ultrafine bainitic microstructure with lath width less than 100 nm and length less than 10 μm will be obtained. Combining hot stamping and bainite isothermal process, a new kind of ausforming-quenching and bainitic transformation process will be designed. By pre-deformation in hot stamping, pre-martensitic transformation and fine prior austenite, low temperature bainitic transformation will be accelerated. And transformation time will be shortened to 4~6 hours. Kinetics of bainite nucleation, growth and the mechanism of bainite transformation will be revealed. By meso-scopic mechanics theory and computer simulation, the multi-scale analysis including macroscopic, meso-scale and micro-scale models will be established to analysis the strengthening and toughening of the ultrafine structure bainite steel, and the relationship between composition, microstructure and properties. All the results will provide theoretical guidance for the development of high performance bainitic steel.

以改进型热冲压成形工艺生产超高强汽车零件为应用目标，开发具有TRIP效应的高强度(TS：1500~2200MPa)和高塑性(TE：10~20%)超细贝氏体钢。围绕其成分设计、综合细化技术、相变加速技术、相变机理和塑性变形机理开展系统研究，通过中低碳成分设计和工艺优化，获得贝氏体板条宽度小于100nm、长度小于10μm的超细组织；将热冲压成形与贝氏体等温相结合设计一种变形-淬火贝氏体转变(A-QBT)工艺，利用热冲压的预变形、马氏体预相变和细小的原奥氏体晶粒，加速低温贝氏体转变，等温时间缩短至4~6小时；揭示预变形-马氏体预相变条件下贝氏体形核、长大的相变动力学规律和贝氏体相变机理；运用细观力学理论和计算机模拟，从宏观、细观和微观尺度分析超细贝氏体钢强韧化机理和相变增塑机理，揭示超细贝氏体钢成分、组织与性能之间的关系，为开发高性能贝氏体钢提供理论指导。

超细贝氏体钢具有超高的强度和良好的韧性，是一种具有发展前景的先进高强钢。然而过长的等温转变时间限制了其大规模工业化生产。本课题从合金成分优化、过冷奥氏体预变形、马氏体预相变等方面入手，研究一种预变形-淬火贝氏体相变工艺，缩短超细贝氏体钢的等温相变时间，以满足工业化批量生产要求。综合分析了过冷奥氏体预变形、马氏体预相变条件下无碳化贝氏体的转变机理，探索了超细贝氏体钢的塑性变形行为。.在传统高碳纳米贝氏体钢成分基础上，适当降低碳含量，调整Mn、Mo和Cr等元素含量，采用综合晶粒细化技术，通过预变形-淬火贝氏体相变工艺，在3h以内制备出含有一定量马氏体且强韧性优异的超细贝氏体钢。如0.7C实验钢，在300℃变形10%，随后冷到Ms点以下12℃，然后加热至300℃保温一段时间后冷到室温，其贝氏体转变完成时间缩短到2h，屈服强度大于1500MPa，抗拉强度达1800MPa，均匀延伸率超过20%。利用膨胀仪热模拟试验和Gleeble热模拟试验机分别研究了马氏体预相变工艺下贝氏体的相变行为和不同预变形温度及预变形量对贝氏体相变行为和组织的影响，研究结果表明：预相变和预变形都能缩短贝氏体相变完成时间，并细化贝氏体铁素体和薄膜状残余奥氏体、减少块状残余奥氏体尺寸和含量。同时利用Gleeble热模拟试验及温轧试验研究了预变形和预相变综合作用下的贝氏体相变行为和塑性变形规律，并从多尺度分析了超细贝氏体组织与强韧性之间的本质联系，利用二维代表性体积元模型模拟超细贝氏体钢的塑性变形过程，结果表明预变形及马氏体预相变会对拉伸初期残留奥氏体的转变起到一定的阻碍作用，且预相变马氏体在拉伸过程中分担较大的应力，提高材料的屈服强度。.通过本项目的研究，阐明了预相变-淬火贝氏体相变工艺下，贝氏体转变行为和相变增塑机制，揭示了超细贝氏体钢宏观力学性能与微观模型之间的联系，为开发一种改进型热冲压成形直接生产超高强热冲压成形汽车零件提供了理论基础。