TWIP(Twins Induced Plasticity)钢具有卓越的延展性、较高的强度、良好的成形性和较强的撞击能量吸收能力,从而受到越来越多的关注。将TWIP钢用作汽车钢板,可减轻车重、降低油耗,同时能够抵御撞击时的塑性变形,显著提高汽车的安全等级,在汽车结构部件上的应用有巨大潜力。随着生产工艺的不断提高和完善,TWIP钢板的大规模工业化生产将成为可能,应用前景也将更加广阔。但TWIP钢的研究才刚刚起步,尚有很多问题需要解决。本文研究了Fe-Mn-C系TWIP钢的热加工行为及组织演变规律,冷轧TWIP钢拉伸变形过程中的形变机理及其影响因素,VC沉淀粒子对TWIP钢延迟断裂及加工硬化行为的影响,TWIP钢的薄带铸轧工艺、组织、性能和形变机理。论文的创新性结果如下：(1)通过热模拟实验对两种不同化学成分TWIP钢的热变形行为及组织演变规律进行了研究。研究发现,处于固溶状态的V元素对TWIP钢动态再结晶没有明显影响。随着变形温度的降低,VC沉淀粒子的析出将抑制TWIP钢动态再结晶的发生。分析了TWIP钢变形抗力的影响因素并建立了变形抗力模型。根据热加工图理论,以动态材料模型为基础,建立了TWIP钢的热加工图。结果表明,TWIP钢在低温高应变速率区域热变形时易产生流变失稳,应尽可能在高温低应变速率下进行轧制变形,以产生有利于变形的再结晶组织,避免热加工裂纹的产生。(2)研究了TWIP钢力学性能及变形机制随退火温度的变化规律。研究发现,TWIP钢拉伸变形过程可分为三个变形阶段：第一个阶段,位错滑移为主要的变形机制,因此加工硬化指数较小,加工硬化速率迅速降低；第二个阶段,形变孪晶与位错的交互作用为主要的变形机制,此阶段出现一个加工硬化速率平台,加工硬化指数增加；第三个阶段,位错和形变孪晶、形变孪晶之间的交互作用为主要的变形机制,在此变形阶段,加工硬化速率缓慢降低,加工硬化指数达到了峰值。随着退火温度的升高,晶粒不断长大,产生形变孪晶的临界应力逐渐降低,使得形变孪晶在拉伸变形过程中持续形成,增加了"TWIP效应”,断裂延伸率也随之增加。(3)研究了温度(25～400℃)及应变速率(10-3～103s-1)对TWIP钢拉伸变形过程中组织及形变机理的影响。通过对微观组织及加工硬化速率随真应变的变化规律的研究发现,随着变形温度的升高,TWIP钢的变形机制由孪生变形转变为滑移变形。通过热力学公式估算了不同温度下层错能(I-)的大小,分析了层错能与变形机制的依赖关系。结果表明：当19mJ/m2≤Γ≤32mJ/m2时,变形机制为孪生；当32mJ/m2<Γ<76mJ/m2时,滑移与孪生相互竞争是主要的变形机制；当Γ≥76mJ/m2时,变形机制为滑移。研究了不同应变速率对TWIP钢变形机制的影响。结果发现,当应变速率在10-3s-1～1s-1变化时,随着应变速率的增加,由于没有足够的时间使得位错塞积并激发孪晶,随真应变的增加加工硬化速率下降的越来越快。当应变速率进一步增加到102s-1时,加工硬化速率随着真应变的增加反而上升,出现一个加工硬化速率平台。这是由于在高速应变状态下,孪晶的临界形核应力降低,许多原本取向不利于生成孪晶的晶粒也开始产生形变孪晶,从而产生加工硬化速率平台。(4)研究了VC沉淀粒子对TWIP钢延迟断裂及加工硬化行为的影响,并对VC沉淀粒子与形变孪晶的交互作用机制进行了探讨。研究发现,VC沉淀粒子作为“氢陷阱”对TWIP钢的延迟断裂性能有明显改善。通过相同晶粒尺寸不同化学成分TWIP钢的加工硬化速率曲线的研究发现,含V元素实验钢在较大的应变量下才进入加工硬化速率平台区,且平台区较短,这说明VC沉淀粒子在变形过程中抑制了形变孪晶的产生及增殖。通过HR-TEM的进一步观察发现,沉淀粒子与形变孪晶之间交互作用存在以下三种形式：当沉淀粒子尺寸小于10nm时,形变孪晶可直接切过沉淀粒子而继续传播；当沉淀粒子尺寸在10～50nm变化时,一部分形变孪晶可以穿过,而另一部分停止在沉淀粒子的界面处；当沉淀粒子大于50nm,形变孪晶停止在沉淀粒子内部或界面处,孪晶的增殖完全被抑制。(5)研究了TWIP钢铸轧薄带的后续处理工艺、显微组织、力学性能及形变机理。通过双辊薄带铸轧工艺成功铸轧出边部平整、表面质量良好的薄带。研究发现薄带经过酸洗直接冷轧,并在800℃退火10min后可获得较好的力学性能,屈服强度达到420MPa,抗拉强度达到1070MPa,延伸率达到56%。因此,采用双辊铸轧薄带技术生产TWIP钢具有较大的优势和可行性。但由于TWIP钢薄带经过后续工艺处理后得到的晶粒尺寸较小,抑制了TWIP效应的发挥,因此加工硬化能力和延伸率均较常规工艺小。