【摘 要】
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汽车轻量化是实现汽车节能减排的有效途径。使用高强钢和低密度钢替代传统汽车用钢是实现汽车轻量化的两条重要思路。因此,本课题基于汽车轻量化的设计理念与性能要求,制备了Fe-20Mn-0.7C高强钢和Fe-25Mn-11Al-1.0/1.5C低密度钢（密度低于6.7 kg/m~3）。根据两类钢各自的特性,采用不同的热处理方式对其力学性能进行调控。本文利用冷轧+退火的工艺,制备了晶粒尺寸分别为1.7μm、
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:复合层片异构结构低温钢的强韧化机理研究（No. 51871194）； 河北省自然科学基金—高端钢铁冶金联合研究基金项目: 异构结构低温专用高锰钢的制备及其强塑化（No. E2018203312）；
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汽车轻量化是实现汽车节能减排的有效途径。使用高强钢和低密度钢替代传统汽车用钢是实现汽车轻量化的两条重要思路。因此,本课题基于汽车轻量化的设计理念与性能要求,制备了Fe-20Mn-0.7C高强钢和Fe-25Mn-11Al-1.0/1.5C低密度钢（密度低于6.7 kg/m~3）。根据两类钢各自的特性,采用不同的热处理方式对其力学性能进行调控。本文利用冷轧+退火的工艺,制备了晶粒尺寸分别为1.7μm、2.4μm和10.2μm的Fe-20Mn-0.7C钢。利用拉伸试验机对制备出的不同晶粒尺寸的样品的室温和低温力学性能进行测试,探讨了变形温度及晶粒尺寸对Fe-20Mn-0.7C钢变形机制和力学性能的影响。结果表明,随着晶粒尺寸的减小,室温和低温拉伸变形过程中孪晶的形成。层错能随变形温度的降低而降低,导致变形机制从室温下以TWIP效应为主转变为在低温下为TWIP效应和TRIP效应共同作用。对于Fe-25Mn-11Al-1.0/1.5C低密度钢,本文采用固溶及固溶+时效的工艺对其力学性能进行调控。利用拉伸试验机对固溶及时效处理样品的力学性能进行测试,探讨了固溶及时效处理对力学性能的影响。结果表明,Fe-25Mn-11Al-1.5C低密度钢固溶处理后具有较为优异的综合力学性能,时效过程中微米尺寸的κ-碳化物晶界上析出,导致时效后力学性能不佳。Fe-25Mn-11Al-1.0C低密度钢固溶过后拥有极佳的综合力学性能:屈服强度为726MPa,抗拉强度为841 MPa,断后延伸率为65.2%,强塑积高达54833 MPa·%。时效处理对Fe-25Mn-11Al-1.0C低密度钢的力学性能有着显著影响:550 oC时效10min、30 min和60 min后的结果表明,随着时效时间的延长,强度提高但塑性降低;在450～650 oC进行240 min时效后的结果表明,随着时效温度的提高,力学性能呈现两个阶段的变化:时效温度在450～500 oC范围内,随着时效温度的提高,屈服强度由878 MPa提高到1047 MPa,抗拉强度由935 MPa提高到1127MPa,断后延伸率由64.1%降低到30.5%;当时效温度高于500 oC,随着时效温度的提高,屈服强度由997 MPa降低到909 MPa,抗拉强度总体下降,断后延伸率由31.1%提高到49.5%。450 oC时效后的样品具有最佳的综合力学性能:屈服强度为878 MPa,抗拉强度为935 MPa,断后延伸率为64.1%,强塑积高达59934MPa·%。时效后力学性能随时效温度的变化主要与κ-碳化物析出的位置有关,时效温度在450～500 oC范围内,κ-碳化物主要在晶内析出;时效温度提高到550 oC后,κ-碳化物以亚微米尺寸的颗粒在晶界上析出;时效温度进一步提高到600 oC及以上,奥氏体晶界上发生γ→α+κ的共析转变,κ-碳化物与α-铁素体以交替分布的层片状结构在晶界上析出。
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