超高强钢热冲压具有简化成形工序、降低板料变形抗力,显著提升零件精度和强度的优势,成为工业尤其是汽车产业研发和应用热点。其工艺过程涉及到热学、力学及材料学原理,较为复杂。研究超高强钢奥氏体晶粒细化和马氏体相变强化行为,以及热冲压过程的相变形变耦合强化机理,可以进一步完善塑性变形和马氏体相变理论,有助于掌握超高强钢高温变形规律,对热冲压工艺的精细化控制和零件的模具设计具有较强的指导意义。本文以硼合金冷轧钢板(B1500HS)和热轧钢板(BR1500HS)为研究对象,在实验分析基础上,研究材料成形特性与工艺特性。采用膨胀实验、淬火实验、热冲压成形实验及热模拟实验等,获得不同工艺条件下的试样,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射以及X射线衍射等微观分析方法研究组织结构变化、晶粒细化机制和马氏体相变强化行为,并获得了相关的研究成果。(1)系统分析了工艺参数对超高强钢马氏体相变的影响。分析温度参数对超高强钢相变的影响规律,通过不同的淬火方式研究超高强钢微观组织变化规律,温度过高或保温时间过长会降低晶粒度等级,致使钢板力学性能下降,初始成形温度在800℃以上时,钢板的力学性能变化不大,板料的流动性较好,成形性能较好。(2)分析超高强钢在不同冷速、不同形变及不同应变速率下的组织变化。通过研究超高强钢微观组织变化分析材料冷速与形变的影响规律,发现冷却速度小于30℃/s时,形变更容易诱导铁素体相变而非马氏体相变;冷却速度大于30℃/s时,材料组织基本为马氏体,随着冷却速度的增加,马氏体组织更加细小。(3)分析超高强钢细晶强规律及B1500HS的显微硬度与晶粒尺寸之间的Hall-Petch关系。随着变形温度的降低、冷却速度的增加或应变速率的增加,晶粒尺寸细化,材料硬度提高,分析得到B1500HS的显微硬度HV和晶粒尺寸d之间的Hall-Petch关系表达式,并可作为计算和优化工艺参数的依据。(4)通过热模拟实验研究超高强钢材料高温流变特性,板料变形温度越低应力越大,冷却速度越高,板料应力增加速度越快。板材应变强化指数n随着应变速率的增加而降低,当应变速率达到0.05/s以上时,板料的n值基本不变,此时变形温度、变形速度及降温速度等因素对应变强化指数的影响很小。(5)研究合金成分和形变因素对马氏体相变强化的影响机理。微量硼的加入起到固溶强化的作用,硼偏聚到晶界,引起一定程度的共格强化,同时降低畸变能,延长奥氏体转变孕育期,提高了超高强钢的淬透性。热冲压时,形变过程碎化奥氏体晶粒,促进相变,有助于动态再结晶并获得更为细小的马氏体组织,起到细晶强化作用,增强零件的力学性能。