汽车用超细晶亚稳钢组织性能控制及相变增塑机理研究

超细晶亚稳态高强塑性钢是基于超细晶强化、通过调控亚稳态组织在形变过程中发生相变程度，从而产生形变－相变耦合作用而获得具有不同高强塑积等级的材料。本项目在非平衡态相图和转变动力学计算的基础上，确定了低C-中Mn-Si-Nb-N的合金体系，研究热轧工艺对组织超细化的影响，分析连续退火过程中的元素扩散、配分和奥氏体相变行为，以及在形变条件下的相变增塑机理。主要研究内容有：（1）汽车用超细晶亚稳态高塑性钢成分设计与制备工艺；（2）超细晶亚稳态高塑性钢的钢种特性研究；（3）通过微观组织分析，研究连续退火过程中超细晶亚稳态组织的调控技术、微观组织相变过程、形变的断裂行为及高强塑性产生机制；（4）超细晶亚稳态高塑性钢的组织、性能控制；（5）超细晶亚稳态高塑性钢的焊接性、成形性和热浸镀性等应用技术研究。

高强度、高塑性和低成本的钢铁材料是材料人员所追求的目标，目前晶粒细化、TRIP效应和TWIP效应是克服钢铁材料塑性随强度增加而降低的有效途径。课题在对国内外先进高强度汽车用钢的回顾总结和对热处理工艺的对比分析的基础上，对超细晶亚稳钢的组织性能控制及强塑性进行了系统的研究，最终成功地获得了符合第三代汽车用钢研发目标的强塑积大于30GPa•%的热轧超细晶亚稳钢。.课题主要通过成分设计、冶炼、热轧、冷轧和热处理等试验方式，借助分析测试手段试验钢的力学性能实验、微观组织形貌观察和物相测定，研究了两相区退火工艺对热轧超细晶亚稳钢的组织性能的影响，以及退火过程中组织演变规律和超细晶亚稳钢的强塑性机理，主要结论如下：.试验钢的组织为超细板条马氏体和变形铁素体，并且含有少量的残余奥氏体，抗拉强度为1550MPa，伸长率为9.5%，强塑积水平较低，只有14.73GPa•%。经过两相区退火，试验钢的综合力学性能得到了很好的改善， 630℃退火，保温时间5min~360min后的试验钢获得了大量的残余奥氏体组织（50%以上）和板条状铁素体组织，尺寸主要集中在100nm~700nm之间，抗拉强度在1108MPa~1154MPa之间，延伸率在23.5%~33.5%之间，强塑积基本都达到30 GPa•%，在保温360min时，综合力学性达到能最佳，抗拉强度达到1142 MPa，伸长率33.5 %，强塑积达38.3 GPa•%，达到了预期的目标。.两相退火过程中，等轴状铁素体是由于轧制存储能较高，并且周围Mn含量较低，铁素体再结晶先于奥氏体的形成，是铁素体再结晶的结果，板条状铁素体存在于富Mn区，奥氏体形成早于铁素体的再结晶，降低了铁素体的再结晶动力，是铁素体回复的结果。板条状奥氏体形核于原马氏体板条之间，块状奥氏体形核于大角度晶界处。超细晶组织的获得得意于轧制大变形后得到超细的热轧组织，并在钢中形成了大量的位错和缺陷，以及合金元素的存在增加了退火过程中奥氏体的形核率，退火过程中奥氏体的相变细化了原始组织。同时Mn元素偏聚对晶界的钉扎作用抑制的退火过程中的晶粒粗化。.超细晶亚稳钢中大量的亚稳奥氏体，在变形过程中产生的TRIP效应与超细晶基体共同提高了超细晶亚稳钢的强度和塑性，从而使实验钢获得较高的强塑积。