【摘 要】
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随着汽车行业对先进高强钢性能要求的提高,加快高性能汽车用钢的研发和实现其工业化应用对汽车行业具有重要的意义。中锰钢作为新三代先进汽车用钢的典型代表,其抗拉强度大于1000 MPa时,延伸率仍可达30%,且其生产和合金成本相对较低,越来越得到人们的青睐。目前中锰钢的制备工艺主要为热轧、冷轧和临界热处理,其微观组织主要以“多尺度、超细、复相”为典型特征。中锰钢优异的综合力学性能主要依靠超细/纳米尺寸多
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（U1760205）；
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随着汽车行业对先进高强钢性能要求的提高,加快高性能汽车用钢的研发和实现其工业化应用对汽车行业具有重要的意义。中锰钢作为新三代先进汽车用钢的典型代表,其抗拉强度大于1000 MPa时,延伸率仍可达30%,且其生产和合金成本相对较低,越来越得到人们的青睐。目前中锰钢的制备工艺主要为热轧、冷轧和临界热处理,其微观组织主要以“多尺度、超细、复相”为典型特征。中锰钢优异的综合力学性能主要依靠超细/纳米尺寸多相和多尺度微观组织之间的协调变形和增强的相变诱发塑性（Transformation-Induced Plasticity,TRIP）效应。为了解决超高强中锰钢冷加工或冲压成形过程中的回弹及模具磨损等问题,中锰钢的温热成形成为近年来的研究热点。本论文在对典型中锰钢进行Nb-Mo复合微合金化设计的基础上,系统研究了微合金元素、温轧和临界热处理制度等对中锰钢微观组织和力学性能的影响规律,探讨了超高强汽车用钢的增强增塑机制以及微合金元素的作用机理;基于温/热冲压和淬火&配分（Q&P）技术,研究了冲压工艺参数对U型结构件表面质量、微观组织和力学性能的影响规律,分析讨论了冲压成形不同阶段微观组织的演变机理以及成形温度对U型件典型区域拉伸过程中变形行为的影响机理。本论文的主要研究成果和结论如下:（1）研究了轧制和临界热处理制度对温轧中锰钢微观组织和力学性能的影响规律,结果表明:当温轧压下率由25%增至95%时,实验钢临界热处理后的微观组织形貌由板条状变为等轴和板条状的混合形貌;当临界热处理温度由590℃增至710℃时,组织中等轴状晶粒的比例增加。温轧中锰钢经650℃临界热处理60min后具有较好的综合力学性能,即抗拉强度高达1340 MPa,且延伸率为44%。（2）拉伸变形温度对温轧中锰钢拉伸过程中的残余奥氏体的稳定性和变形机制产生重要影响:当拉伸变形温度在-50～150℃温度区间时,随着拉伸变形温度的升高,残余奥氏体的机械稳定性增加;当拉伸变形温度在-50～25℃范围内时,实验钢的变形机制主要为TRIP效应;当拉伸变形温度在50～150℃范围内时,实验钢的变形机制为TRIP+TWIP 效应。（3）设计了三种不同Nb和Mo含量的中锰钢,系统地探究了微合金元素Nb/Mo对温轧中锰钢微观组织和力学性能的影响规律,结果表明:Nb/Mo添加能够使温轧中锰钢在不损失塑性的情况下,提高实验钢的强度;当临界热处理时间较短时,Nb/Mo添加降低了组织中残余奥氏体的体积分数,但增加了奥氏体的机械稳定性;当临界热处理时间较长时,Nb/Mo添加能够同时增加残余奥氏体的体积分数和机械稳定性;Mo降低了(NbxMo1-x)（C,N）与铁素体的界面能以及析出相的熟化速率,增加了纳米析出物的密度,降低了纳米析出物的平均尺寸;(NbxMo1-x)（C,N）析出物的最佳析出温度在600℃附近。（4）以Nb-Mo复合微合金化的中锰钢为研究对象,探究了成形温度对实验钢U型件典型区域微观组织和力学性能分布的影响规律,结果表明:无论冲压成形温度在单相区（760℃）还是两相区（700℃）,实验钢U型件均具有优良的表面质量和尺寸精度,且综合力学性能较好;在700℃,U型件的抗拉强度和延伸率分别为1424MPa和22%;在760℃,U型件的抗拉强度高达1717 MPa,且延伸率仍较高,约为16%。（5）将Q&P工艺应用于中锰钢的冲压成形过程,并评估了单相区和两相区冲压后U型件典型区域的微观组织与力学性能,结果表明:Q&P处理促进了孪晶马氏体和碳化物的生成,显著提高了 U型件的屈服强度;Q&P处理提高了奥氏体中的碳含量,进而提高了残余奥氏体的体积分数。当成形温度分别为720℃和800℃时,U型件的强塑积分别可达29 GPa·%和23 GPa·%,是现有22MnB5钢U型件的两倍以上。
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