国家973计划子课题《第三代高强高韧低合金钢精细组织的研究》发展了多步临界热处理工艺调控低合金钢的M3组织(多相、亚稳残余奥氏体、多尺度析出)。本研究揭示多步临界热处理过程中亚稳残余奥氏体的演变和稳定化所遵循的热力学和动力学基础,又提出了获得高强度马氏体和稳定残余奥氏体的多步配分工艺。973计划还发展了基于TMCP工艺的铁素体/贝氏体多相组织“在线”调控技术,本文研究了铁素体/贝氏体多相组织应力应变行为的微观过程,并建立板条组织力学行为模型,揭示板条组织特殊的应力应变行为。研究发现,在低合金钢(0.1C-3MH)的两步临界处理过程中,合金元素在第一步临界处理过程中向逆转奥氏体中迁移,但逆转奥氏体没有获得足够的稳定性,在冷却过程发生了马氏体相变,分割了逆转奥氏体,得到了细化的残余奥氏体。研究揭示了第一步临界处理过程中逆转奥氏体内部的元素分布控制了马氏体相变和残余奥氏体的最终形态:合金元素在相界面富集,马氏体集中在逆转奥氏体心部,最终形成片状残余奥氏体;合金元素均匀分布,马氏体随机分布,形成条状残余奥氏体。第二步临界处理过程中合金元素继续向残余奥氏体中富集,并在残余奥氏体相界面处产生元素偏聚,这是残余奥氏体稳定性提高的根本原因。产生元素偏聚的相变机制有两种:Ⅰ)奥氏体/马氏体相界面处发生的奥氏体化和Ⅱ)奥氏体/铁素体相界面处发生的铁素体相变。通过设计多步配分工艺,在0.1C-5Mn钢作为原型钢中获得了 C-Mn“双稳定”的残余奥氏体和马氏体基体。研究发现,多配分工艺过程中发生了多次相变和合金元素的“三向”配分:Ⅰ)临界退火过程中的逆转奥氏体形核、长大,合金元素向逆转奥氏体中富集;Ⅱ)Flash升温过程中发生奥氏体化,合金元素从富集区向贫瘠区扩散;Ⅲ)回火过程中C元素再次向残余奥氏体中富集。通过Flash工艺获得了合金元素的“反常分布”——合金元素在奥氏体心部富集。这种“反常分布”导致冷却过程中出现了多种马氏体相变,Flash冷却过程中形成了位错马氏体、ε马氏体和孪晶马氏体;这种“反常分布”与应力集中的交互作用使残余奥氏体表现出了更高效的TRIP效应。通过对铁素体/贝氏体多相组织变形行为的研究,发现多相组织中“硬相”贝氏体的转动,可以协调其周围“软相”铁素体晶粒内的滑移变形。在单相贝氏体中,“硬取向”的板条组织的转动,可以协调其周围“软取向”板条组织的滑移变形。这是由于板条组织在其垂直方向的变形能力极差,板条组织内部的变形主要是通过沿着板条方向的单滑移进行的。板条的单滑移行为是由板条的晶体学特征和形貌学特征决定的,板条的长宽比(l/t)越大,板条内部出现单滑移的概率越高,当l/t>22时,单滑移的概率>50%。在颈缩后期,板条组织接近平行于拉伸方向,形成了平行拉伸方向的<011>丝织构。颈缩期间,除去位错滑移对变形的贡献,板条刚性转动对面缩率的贡献为～40%-50%。在颈缩后期,微裂纹垂直于板条起裂,随着位错运动,微裂纹向着板条倾斜、扩展,形成平行于拉伸方向的微裂纹。板条组织充分变形后的断裂行为是其单滑移行为决定的,是最终形成断口分离的宏观裂纹的重要原因之一。