具有TRIP效应高强韧钢的亚稳奥氏体演变规律、影响因素与增塑增韧机理

The steel with metastable austenite microstructure has high strength-ductility property, and it has recently been widely applied to automobile steel with high technology. While the thermodynamics, stability and controlling factors of nucleation and growth, the matrix structure types, the austenite state, the histocompatibility and deformation compatibility mechanism among new phases produced by strain-induced are not revealed sufficiently, and systemtic researches are lacked. In this work, TRIP steel， Q&P steel and TAM steel with different metastable austenite formed processes were deeply studied by Thermo－Calc and softwares, in-situ scanning electronic microscope, transmission electron microscope, electron back scattered diffraction technology, etc. The systematic alloying fundamental and the element distribution situation among metastable austenites, martensites and interfaces are obtained, the simulation of thermodynamics and kinetics on microstructure transformation are builded; the crystal orientation relationship, interface characteristics and fine structures among metastable austenites, matrix and new phases are obtained, by studying the influence factors of structure inheritance, fine structures and its stability, the major and minor relationship is confirmed and the influence mechanism is revealed; the deformation compatibility mechanism among new phases produced by strain-induced and matrix and its influence on crack growth behavior are elucidated. According to above researches, the alloying principle, the theory of transformation and deformation compatibility, etc. of steel with TRIP effect are improved, providing theoretical and experimental basis for the comprehensive control of structure properties, application and new product development, etc.

含亚稳奥氏体组织的钢具有高强塑性，此特点已广泛应用于量大面广且具有高技术含量的汽车用钢中，但目前对其形核长大的热动力学，稳定性与控制因素，基体组织类型、奥氏体状态与应变诱导产生的新相间的组织相容性与变形协调机理等方面尚不十分清楚。本项目将采用Thermo－Calc软件、原位扫描电子显微镜、透射电镜及背电子散射衍射技术等对TRIP钢、Q&P钢及TAM钢进行系统深入地研究，获得系统合金化原理，亚稳奥氏体、马氏体及界面之间的元素配分情况，建立组织转变热力学、动力学模型；获得亚稳奥氏体、基体与新生相间的晶体学位向关系、界面特征及精细结构，分析影响组织遗传、组织精细结构与其稳定性的因素，确定其主次关系并揭示其影响机理；阐明应变诱导产生的新相与基体间的变形协调机理及对裂纹扩展到影响。完善具有TRIP效应钢的合金化原理、相变及变形协调理论，为钢的组织性能综合控制与应用及新产品开发等提供理论和实验依据。

汽车轻量化的推广迫切需要一种既有高强度又具有良好塑性的材料。具有TRIP效应的钢铁材料满足以上要求，其低成本的合金系统和生产工艺显示出广阔的应用前景，并开始在国内外汽车工业中应用，引起了国际钢铁和汽车工业界的高度重视。但由于微观组织中的残余奥氏体处于热力学亚稳状态，因此提高工艺生产稳定性是关键，并且具有TRIP效应钢板的成形性又十分依赖残余奥氏体的稳定性，因此在某种程度上阻碍了具有TRIP效应钢板的推广和使用。本课题针对典型第三代先进高强汽车用钢，包括I&Q&P钢、TAM钢和TRIP钢，重点研究残奥在钢中的存在状态，包括含量、分布位置、尺寸、形貌、C含量、与周围组织的取向关系等，从而针对不同钢种设计相应残奥的存在状态，使其获得良好的强塑性。本课题还利用先进表征手段FIB和3D-APT研究不同界面上元素的分布规律，建立相应配分、偏聚模型，并提出“偏聚诱导塑性效应”，提高软、硬相之间的塑性相容性，并在保持强度不降低的情况下进一步提高材料的塑性。还利用同步辐射研究不同组织之间的变形协调机理，建立修正的本构模型来描述多相组织的微观力学行为，并提出“应力反馈机制”和“残奥的选择性转变机制”，为多相组织协调变形提供了理论支持。通过研究高周疲劳裂纹扩展机理，发现细小的贝氏体颗粒、马奥岛及退火马氏体板条结构对裂纹扩展具有不同程度的阻碍作用，且通过设计最佳工艺的I&Q&P钢、TAM钢和TRIP钢，发现它们的疲劳强度均在650 MPa以上，进一步说明了不同止裂特征的组织对提高疲劳强度起到显著作用。研究了钒的析出物作为氢陷阱对抗氢致延迟断裂的作用，研究发现氢渗透时的极限电流、渗透时间、表观扩散系数、稳态氢扩散通量以及晶格内氢含量均随钒含量的增加而增加，说明V的析出物作为氢陷阱可使钢的氢脆敏感性降低，阻碍氢致延迟断裂的发生。以上研究为具有TRIP效应钢的实际生产及应用提供理论指导，对推广具有TRIP效应钢板的应用范围和应用比例、缩短新产品开发周期等，都有着重要的理论意义和实际价值。