随着汽车行业的蓬勃发展与人类环保意识的日益增强,在保证车身强度与安全性的前提下,通过优化材料来实现汽车轻量化成为满足交通技术领域绿色发展要求的重要途径。在车身结构制造方面,与镁、铝等轻质材料相比,汽车用先进高强钢(Advanced high strength steel,AHSS)具有成本低、回收效率高、全流程绿色制造等优点。而作为第三代AHSS的代表,淬火配分(Quenching and partitioning,Q&P)钢通过多相多尺度的显微组织设计与残余奥氏体增碳,产生了多相的复合效应(Composite effect)与相变诱发塑性(Transformation-induced plasticity,TRIP)效应,实现了材料强度与塑性的合理配合,在众多汽车轻量化材料及方案之中具有不凡的竞争力与不可低估的潜力,但同时也面临着成分改良、组织控制、工艺优化等多方面的挑战。本研究在商用1180 MPa级别Q&P钢成分的基础上,参考Thermo-calc与Mucg83等软件的热力学动力学模拟分析结果,以残余奥氏体稳定元素Si的含量作为变量设计并制备试验钢(0.2C-(1.2～2.5)Si-2.6Mn),并结合热力学以及约束条件碳平衡(Constrained carbon equilibrium,CCE)方程,合理的设计并实施Q&P工艺,寻求最优成分体系下材料强度与塑性的最佳组合。本研究利用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、电子背散射衍射(Electronbackscatter diffraction,EBSD)、X 射线衍射(X-ray diffraction,XRD)以及中子衍射等试验表征与分析手段,结合试验钢形变过程的(准)原位分析,阐明了 Q&P钢形变过程中晶格应变与显微组织的演变规律,并利用变体分析了形变诱发马氏体的形成过程。通过对梯度Si含量Q&P钢成分、工艺、显微组织、力学性能的系统试验分析,得到了以下的研究结果:利用膨胀仪结合显微组织分析Si元素对试验钢相变点及连续冷却曲线的影响,Si元素在提升临界区相变温度的同时降低了马氏体相变温度,并影响了试验钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线中相转变区的范围,Si元素扩大了奥氏体(A)→马氏体(M)相转变区的范围,同时缩小了奥氏体(A)→贝氏体(B)相转变区的范围,有利于规避贝氏体相变的发生。利用CCE模型计算了淬火温度与残余奥氏体体积分数的关系。通过试验分析,验证了 CCE模型在完全奥氏体化Q&P钢最佳淬火温度预测的有效性。针对经典CCE模型预测结果不适用于临界区等温Q&P钢的问题,通过考察原始奥氏体晶粒尺寸与临界区合金元素扩散条件,对CCE模型迭代计算过程进行了优化,最终的计算结果与试验数据结果相吻合。在CCE理论计算与Q&P工艺设计的基础上,系统的分析了试验钢的显微组织与力学性能,试验结果表明Si元素有利于提升试验钢的综合力学性能。通过调节临界区加热工艺规避Si含量对相变点的影响,明确了力学性能的提升归因于Si元素对奥氏体的稳定作用,及其引起的固溶强化与加工硬化。通过对热处理工艺的优化,制备出16.2%(体积分数)残余奥氏体、43.1%铁素体、40.7%马氏体的多相-亚稳-多尺度Q&P钢,抗拉强度达到1308MPa,同时延伸率达到21.5%。针对性能最优的试验钢,利用原位中子衍射技术研究其形变过程中各相的晶格应变规律。试验钢在拉伸形变过程中的微观力学行为可分为弹性阶段、体心立方(body-centered cubic,bcc)相屈服、面心立方(face-centered cubic,fcc)相屈服及塑性变形四个阶段;试验钢的宏观屈服是由形变诱发马氏体相变、bcc相屈服与fcc相协调变形所引发。在微观力学行为的各个阶段中,附加载荷在不同的相之间、不同取向的晶粒之间传递,以达到协调变形,保证了材料的连续性。利用准原位EBSD对残余奥氏体的稳定性进行了讨论,并对形变诱发马氏体相变过程进行变体分析。试验结果表明,形变诱发马氏体变体的选择性与残余奥氏体晶粒尺寸呈负相关,且当残余奥氏体的晶粒尺寸足够小时,变体选择向同一 CP(Close-packed planes)组内集中。此外,当等轴状残余奥氏体临近铁素体的取向近似符合24种变体之一时,这种变体将被优先选择,同时形成小角度晶界,从而降低了残余奥氏体的机械稳定性。结合实际的试验数据,利用O-C(Olson-Cohen)关系分析了形变诱发马氏体相变动力学,并在考虑各相微观结构的尺寸、合金成分、相体积分数及位错密度演变规律等因素的前提下,利用iso-work理论,定量地构建试验钢在考虑形变诱发马氏体相变的本构关系,并探讨了 Q&P钢的强化机制,分析了试验钢微观组织与宏观力学性能之间的关系。