由于节能降耗和保护环境的需求不断增长,汽车轻量化逐渐成为各国汽车主要的发展方向,并由此引发了高强度钢的研制与开发。相变诱导塑性(TRIP)效应可以在提高钢板强度的同时保持较高的塑性,因此TRIP钢的应用在汽车界引起广泛的关注。当前,各国已经可以工业生产出基于Fe-C-Mn-Si成分体系的600-800MPa级别的TRIP钢板,而且国外已经研制出了1000MPa级强度并具有较好塑性的TRIP钢。为了赶上国际上新型TRIP钢研究的步伐,必须提高我国自主开发高强度TRIP钢的能力。本文与国家自然科学基金项目“先进高强度钢形变诱导相变增塑的微观机制”研究课题相结合,根据微合金化原则设计强度达到1000MPa的新型TRIP钢。通过复合添加Nb、Mo、Ti和V等微合金元素来实现组织的细化和弥散析出强化,以此来提高实验钢的强度。研究的主要目标为获得高强度高塑性的新型TRIP钢。因此,本文首先研究了热处理后实验钢的微观组织形貌、各相的配比、合金元素的分布状态以及残余奥氏体的稳定性对实验钢力学性能的影响。适当体积分数的稳定残余奥氏体能够提高实验钢的力学性能。为了进一步分析高强度TRIP钢的强塑性机制,采用实验钢的实际组织(SEM图片)建立有限元模型,并模拟了变形过程中的马氏体相变。最终,通过实验和模拟为高强度TRIP钢工业生产及开发提供借鉴和理论支持。本文取得了如下研究成果：(1)为了获得高强度TRIP钢,在细晶强化和析出强化的指导思想下设计了4种新型成分的TRIP钢。考虑到试样钢的可焊性,C元素控制在0.2wt%。本研究采用A1部分取代Si, Si的含量下降到0.69 wt%,提高了材料的热镀性能。为了弥补Al代Si后实验钢强度的损失,添加了0.5 wt% Cu。最后,复合添Nb、Mo或V、Ti,通过细晶强化和析出强化两方面的作用获得良好的强度和塑性。实验结果表明两阶段热处理后4种实验钢的抗拉强度接近或超过1000MPa,延伸率均保持在20%以上。(2)系统研究了两相区退火对实验钢组织性能的影响。实验证明退火过程中C元素向奥氏体中的扩散极大地影响了实验钢残余奥氏体的稳定性。随着退火时间的延长,在两相区获得的奥氏体量增加,但其平均碳含量下降,稳定性降低,所以最终组织中的残余奥氏体量与其碳含量也呈下降趋势。因此,实验钢中残余奥氏体体积分数及其碳含量随着退火时间的增加而减少。在830℃退火1 min后在440℃等温5 min的试样抗拉强度大于1000MPa,延伸率为22.5%,强塑积达到24705MPa%。此试样的组织包含多边形铁素体组成的粗晶区和细小的粒状贝氏体以及残余奥氏体组成的细晶区两部分,此时的C元素主要富集在残余奥氏体中。退火时间30min的试样组织含有少量奥氏体以及部分M/A岛组织,抗拉强度下降到869 MPa。(3)对实验钢进行不同的贝氏体等温处理,研究了不同等温温度下的组织和性能,并采用Ludwigson-Berger方程分析了不同贝氏体等温温度试样残余奥氏体的力学稳定性。在320℃等温时,实验钢中会形成一部分马氏体。而等温温度过高达到480。C时,大量贝氏体形成,残余奥氏体减少。随着贝氏体区等温温度的升高,试样的抗拉强度先减小后增大,但延伸率却先增大后减小。根据所计算的如值发现440-C等温的试样具有最高的力学稳定性,在整个变形过程中能均匀地发生马氏体相变,利于塑性的提高。所有拉伸试样的断裂形式均为韧性断裂。(4)对实验钢进行三种不同工艺的热处理,得到了基体组织不同的TRIP-aided钢,分别为铁素体、贝氏体和马氏体基体。通过热膨胀、SEM以及拉伸等实验,研究了三种不同基体试样的组织和力学性能的关系。铁素体基体试样组织中含有多边形铁素体、粒状贝氏体、残余奥氏体以及部分M/A岛。贝氏体基体试样主要以粒状贝氏体和贝氏体铁素体为主,含有一定量的残余奥氏体。马氏体基体试样组织包含板条状马氏体以及分布在板条马氏体之间的薄膜状残余奥氏体。铁素体基体和贝氏体基体试样的抗拉强度分别为1008 MPa和1045 MPa,延伸率为22.4%和28.9%。贝氏体基体试样的瞬时行值在变形过程中整体上表现出相对较高的水平,强塑积达到了最高的30200.5 MPa%,而且在拉伸过程中会有“微孪晶现象”产生。马氏体基体试样获得了最高的抗拉强度(1194MPa),延伸率约为16%。马氏体基体试样的瞬时阳值在最开始很高,之后随着真应变的增加快速下降。(5)为了研究实验钢变形过程中的马氏体相变行为,建立了基于微观组织的有限元模型。这个有限元模型是以实验钢的真实组织为基础而建立的。然后利用大型通用有限元软件ABAQUS的开放性接口功能,采用Fortran语言编写了基于应力准则的马氏体相变本构关系的UMAT子程序,并将其调入有限元模型模拟拉伸过程中的马氏体相变。分析模拟结果发现,随着加载的进行,残余奥氏体逐渐相变成马氏体。在变形初期,马氏体的相变发生于沿着拉伸方向的奥氏体尖端部或者边部。在加载的过程中,贝氏体相和新生成的马氏体相处于较高的应力状态,而在铁素体内部形成了局部的高应变区域。若继续变形,沿着垂直于拉伸方向分布的高应变区会增多,而相邻的高应变区相遇并合并就会形成材料的断裂失效。