第三代先进高强度汽车用钢兼有第一代和第二代的特点,可以满足节约资源、降低成本、汽车轻量化和提高安全性的要求,因此研发并生产具有高强塑性的第三代汽车用钢是当今的发展趋势。其中I&QP(Intercriticalheating,quenching and partitioning)钢已经可以进行工业化生产,而且相关研究已有很多,但仍存在一些尚未突破的机理性问题,如配分时贝氏体的转变机理、碳配分及碳化物析出对贝氏体转变的影响、不同界面上原子的偏聚机理、变形过程中各相组织之间的变形协调机理、不同复相组织对疲劳裂纹扩展的影响机理等。本文以I&QP钢为研究对象,对淬火、配分工艺过程中的几个关键、共性的科学问题进行系统研究,也力求推动淬火、配分工艺在其它领域的发展,如挤泥机绞刀、破碎机锤头、耐磨钢球、球磨机衬板等。主,要工作和结果如下:首先引入灰色关联理论分析热处理工艺与力学性能之间的关系,利用灰关联等级选择最佳I&QP工艺,使其达到第三代汽车用钢的要求,然后利用灰关联分析的方法比较各热处理参数对力学性能的影响,结果表明淬火温度的影响最大,配分温度其次,配分时间的影响最小。利用TEM和EBSD研究了 I&QP钢中残余奥氏体(残奥)的分布状态,并从残奥的尺寸、形貌、碳含量及与周围组织的位向关系等角度分析残奥的稳定性,并结合两相区加热过程中奥氏体形核规律的研究,为研究残奥的不同分布状态提供理论依据。残奥主要存在于三种位置:晶界或相界上;铁素体内部;马氏体和贝氏体内部。残奥所在的不同位置决定了其尺寸、形貌、碳含量及与周围组织的位向关系,进而决定了其稳定性大小。具有多种状态的残奥可使钢在变形过程中发生渐变式的TRIP效应,进而提高塑性。从热力学和动力学角度研究配分过程中贝氏体转变机理,结果表明其受切变机制控制,并建立贝氏体转变模型。配分时碳由过饱和马氏体和已转变的贝氏铁素体向奥氏体中扩散,其会阻碍贝氏体转变,此过程区别于传统贝氏体转变机制的研究,主要因为一次马氏体的存在会加速碳的配分,从而在贝氏体转变时分为两个过程:快速转变期和慢速转变期。碳配分与贝氏体转变形成一种竞争关系。当配分温度为450℃时,贝氏体转变速率降低,一是因为相变驱动力降低;二是因为残奥分解为碳化物和铁素体,因此碳化物析出与贝氏体转变也形成一种竞争关系。以上研究可指导实际生产,通过调控贝氏体含量获得最佳强塑性。利用3D-APT研究不同界面处碳和锰的偏聚行为,研究发现不同组织之间的界面处均存在一定程度的偏聚,然后利用Dictra建立界面上碳和锰的偏聚模型,结果表明碳的偏聚会促进锰向界面扩散。其中铁素体内部的残奥界面处碳和锰的富集会增加残奥界面的稳定性,在一定应变水平下,残奥内部发生TRIP效应,而界面保留下来,界面成为连接铁素体与转变成的马氏体的过渡层或缓冲带,可以起到缓解应力集中的作用。利用同步辐射研究不同组织之间的变形协调机理,建立修正的本构模型来描述多相组织的微观力学行为。结果表明在弹性变形时,铁素体相的部分应力转移到奥氏体和硬质相中,发生应力配分。变形过程中,由于残奥发生选择性转变,残奥中的平均碳含量逐渐增加,导致变形结束时奥氏体相的应力大于硬质相。不仅残奥可以增加钢的塑性,不同相之间的有效应力配分也可促进组织相容性,从而有利于塑性的提高。通过研究三种典型第三代先进高强汽车用钢的不同复相组织对疲劳裂纹扩展的影响,结果表明TRIP钢中晶粒细小、分布弥散均匀的贝氏体对疲劳裂纹扩展的阻碍作用最佳,而且其疲劳强度最大;TAM钢中退火马氏体板条与板条间膜状残奥可以有效阻止疲劳裂纹的扩展;I&QP钢中多种状态的残奥发生TRIP效应时可提高加工硬化水平,起到止裂的作用。