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为了达到降低汽车车身重量和保证安全性的双重目的，迫切需要开发兼具高强度和高塑性的汽车用先进高强钢。在此背景下，Speer及其合作者提出了一种新型的淬火配分(Q&P)工艺，由此产生了一种具有马氏体和残余奥氏体混合组织的低成本高性能汽车用钢，即Q&P钢。近年来，针对Q&P钢的研究层出不穷，但研究重点主要集中在理论模型优化、工艺改进和组织性能特点等方面，对于Q&P钢的塑性变形机制、TRIP效应有效性以及软硬相间应变配分行为等方面的研究还相对匮乏。本文系统研究了不同组织类型Q&P钢的工艺-组织-性能关系，重点阐述了工艺过程对奥氏体稳定化、残余奥氏体状态及TRIP效应的影响，并对含铁素体型热轧直接淬火配分(HDQ&P)钢中的元素配分行为和应变配分行为进行了定量分析。本文的主要内容和研究结果如下: (1)系统研究了超高强度冷轧一步Q&P钢的组织性能关系。将配分时间不同的冷轧一步Q&P工艺应用到低碳硅锰系合金钢上，详细分析了实验钢的微观组织和力学性能随配分时间延长的演变规律，重点讨论了马氏体回火行为和TRIP效应对实验钢的屈服和加工硬化行为的影响，总结了Q&P钢的加工硬化率的主要受控因素。研究结果表明，随着配分时间的延长实验钢中马氏体板条逐渐宽化，马氏体位错密度逐渐降低，实验钢的抗拉强度不断下降。配分时间超过100s后，马氏体板条内部大量碳化物的形成提高了实验钢的屈服强度，同时导致了奥氏体的分解。实验钢的加工硬化行为在变形初期主要取决于马氏体中高密度位错的相互作用，变形后期主要受控于TRIP效应。 (2)将碳配分理论与热轧相结合提出了一种新型HDQ&P工艺，对比研究了动态配分钢和等温配分钢的组织性能差异，重点分析了配分工艺路径对马氏体亚结构状态、残余奥氏体稳定性及TRIP效应有效性的影响，讨论了动态配分工艺下残余奥氏体的稳定化机制。研究结果表明，动态配分钢比等温配分钢具有更细的马氏体板条、更高的马氏体位错密度和更细小的碳化物，因此动态配分钢具有更高的抗拉强度。动态配分工艺所导致的残余奥氏体碳分布不均匀的状态促进了TRIP效应的发生。动态配分工艺下残余奥氏体的稳定化主要归因于马氏体/奥氏体相界面附近奥氏体侧30～80nm厚的区域内的高效碳配分和连续冷却工艺对马氏体内部碳化物长大的有效抑制。 (3)系统研究了含铁素体型HDQ&P钢的微观组织和力学性能，并就残余奥氏体状态、TRIP效应以及加工硬化行为等方面与成分相同且铁素体含量相近的热轧TRIP钢进行了对比分析。研究结果表明，适量（30vol％左右）铁素体的引入可以使Q&P钢的屈强比降低至TRIP钢的级别，同时保持其抗拉强度和延伸率接近于传统超高强Q&P钢。铁素体的引入可以促进块状残余奥氏体的形成。与Q&P钢相比，TRIP钢中的残余奥氏体具有更大的尺寸、更明显的块状形态特征、更低的碳含量以及强度更低的周围组织，因此其稳定性更低，更容易发生TRIP效应。强度更低的基体组织和更有效的TRIP效应是TRIP钢具有比Q&P钢更优异的均匀延伸性的主要原因。 (4)系统研究了临界区轧制变形对低碳锰铝系HDQ&P钢的相组成、奥氏体稳定化、TRIP效应以及力学性能的影响，重点分析了贝氏体的引入对含铁素体型Q&P钢的软硬相协调变形能力和TRIP效应有效性的影响。研究结果表明，当临界区轧制终轧温度在800℃以上时，临界区变形对铁素体的生成和变形铁素体的再结晶无明显的促进作用。临界区变形铁素体和奥氏体中形变亚结构的扩散通道效应和贝氏体相变的半扩散性共同促进了奥氏体与其周围组织之间的碳配分行为，因此提高了实验钢中残余奥氏体的含量。当临界区轧制终轧温度降至800℃以下时，临界区变形可明显促进铁素体的生成和变形铁素体的再结晶。铁素体的大量引入在减少奥氏体含量的同时促使更多奥氏体富碳后转变成马氏体，进而降低了最终组织中的残余奥氏体含量。在Q&P钢中引入适量的贝氏体可明显改善相间变形协调性，增强TRIP效应，进而提高实验钢的塑性。 (5)分别利用原子探针层析(APT)技术和数字图像相关(DIC)技术对含铁素体型Q&P钢中各相之间的元素配分行为和应变配分行为进行了定量化研究，重点分析了不同类型残余奥氏体随应变增加的相变顺序、残余奥氏体碳分布的不均匀性以及马氏体形态对应变配分和TRIP效应的影响。研究结果表明，实验钢在拉伸变形过程中始终存在应变分布不均匀的状态，均匀延伸阶段的应变量均在15％以下，试样断裂失效时颈缩部位中心的应变量高达67％。分布在铁素体/马氏体界面附近的尺寸相对较大的残余奥氏体在应变量低于10％的条件下即相变成马氏体，而分布在马氏体区域内部的尺寸相对较小的残余奥氏体在局部应变量高达36％时仍未发生相变。马氏体/奥氏体相界面两侧均存在明显的碳浓度梯度。小尺寸薄膜状残余奥氏体具有比大尺寸块状残余奥氏体更高的碳含量。促进马氏体区域形态的多边化可以有效提高马氏体区域的应变程度，有利于改善分布在马氏体区域内部的残余奥氏体的TRIP效应。