高强度高成形性钢在汽车上的应用可降低构件厚度实现汽车轻量化，在高强韧性的基础上降低钢材密度可进一步有效减重，成为目前汽车钢的又一研究热点和前沿方向。δ-TRIP钢兼具良好的强韧性(强塑积≥30GPa％)和可焊性，且因添加3～5wt％铝使材料密度降低约5％，因此具有较好的工业化前景，已被列入《中国制造2025》重点领域技术。然而，δ-TRIP钢中低强度的δ铁素体体积分数较高，导致其强度难以提高至980MPa以上，成为该钢种的发展瓶颈。Speer等提出的淬火-配分钢（QP钢）具备高强度的同时因其残余奥氏体的TRIP效应而获得了较好的延性，但QP钢的组织演化要求快冷至约200～300℃的某一准确温度，实际生产过程中温度精度控制难度大，因此其成材率较低。综合考虑δ-TRIP钢、QP钢的优缺点，本研究开发了一种新型δ-QP钢，强度可达980MPa以上，兼备低密度、高成形性和良好焊接性，且淬火温度为室温/水温，生产工艺简化，解决了传统QP钢快速冷却时温度精度难以控制的问题。　　本文主要针对低密度高铝δ-QP钢的材料设计、组织演化、强韧性机理等方面，进行了系统的研究:　　(1)基于高铝δ-TRIP钢合金体系，提出新的淬火-回火&配分(Q-T&P)热处理工艺，实现淬火与配分两个工艺步骤完全分离，设计出新型δ-QP钢;提出配分过程中碳原子在铁素体边界偏聚，从而提高δ-QP钢屈服强度的机制。　　钢中添加3.5wt％的铝元素，可得到较高比例的铁素体，使奥氏体在临界退火过程中富集更多的碳元素。通过调节临界区退火工艺控制奥氏体含量和Ms温度，实现对淬火初始显微组织的调控。在回火过程中允许奥氏体通过配分富集更多的碳元素，只需通过简单的淬火-回火热处理实现配分。同时由于铝元素的添加，使钢的密度降低约5％。基于Q-T&P工艺的δ-QP钢中存在较高比例的铁素体，淬火马氏体相变在铁素体中产生大量位错。在回火-配分过程中，过饱和马氏体中的碳不仅向残余奥氏体中富集，同时也向铁素体中的位错线处富集，从而提高了δ-QP钢回火后的屈服强度。　　(2)δ-QP钢将淬火与配分两个工艺步骤分离，可独立研究QP钢的淬火态和配分态，利用三维原子探针等手段研究δ-QP钢中C、Mn、Al元素分别在临界区退火、回火配分过程中的扩散行为;采用穿透式EBSD研究δ-QP钢回火碳配分过程中马氏体的组织演化机理，观察到QP钢配分过程马氏体由体心正方到体心立方结构的演变。　　临界区退火后，淬火组织主要为铁素体、奥氏体和马氏体，淬火马氏体的晶体结构为体心正方结构。回火配分后，马氏体排碳，临界奥氏体区域出现褶皱。随着回火温度升高，碳配分更加充分，马氏体正方度减小，晶体结构由高碳的体心正方演变为体心立方。三维原子探针结果表明，马氏体中的碳在回火过程中向奥氏体配分，锰元素在临界区退火和回火过程中均发生配分。淬火试样经回火配分后，抗拉强度变化不大。由于碳原子在铁素体位错处的富集，造成屈服强度明显升高。回火配分使得马氏体的硬度降低，奥氏体的稳定性增加，塑性得到明显改善。　　(3)钢中较高含量铝元素的添加会改变其相变热力学与动力学。高铝钢由铁素体+珠光体向奥氏体相变过程中出现与常规相变过程相悖的体积膨胀现象，研究并揭示添加较高含量铝元素提高其共析碳含量，使奥氏体点阵参数膨胀的机制。　　碳在奥氏体中的间隙固溶会扩大奥氏体点阵参数，增加比体积。奥氏体形成过程中的体积膨胀或收缩由参与相变的铁素体与渗碳体的质量比决定。此质量比会影响富集到奥氏体中的碳含量，进而影响奥氏体的比体积。奥氏体中的碳含量由合金的共析碳含量决定，钢中的合金元素对共析碳含量的影响很大。铝元素的添加会提高共析碳含量，从而增大奥氏体的比体积，使其大于母相的比体积，产生体积膨胀。此理论已由高铝钢相变时的比点阵体积计算以及膨胀测定证明。　　(4)研究铝元素的添加对加热过程中渗碳体溶解、铁素体-奥氏体相变影响机理，揭示临界区退火过程的组织演化规律。　　钢中加入铝元素后，热轧组织中的铁素体体积分数由55±5％增加至68±1％，晶粒尺寸由10.4±0.4μm减小至8.3±0.8μm，且细化了珠光体片层间距。铁素体稳定元素铝的加入提高了A1和A3温度，且扩大了铁素体和奥氏体两相区。渗碳体和铁素体向奥氏体相变的驱动力增加，使其在较窄的温度区间完成相变，同时铁素体向奥氏体转变阶段的驱动力较小，使完成此相变需要更宽的温度区间。铁素体和渗碳体向奥氏体相变过程中所必需的铝扩散降低了相变驱动力，加热速率增加，相变开始温度提高，而铁素体向奥氏体相变阶段的驱动力较小，相变需要较宽的温度区间，因此相变温度对于相变速率更加敏感。　　(5)研究高铝钢热轧态珠光体的高脆性机制，揭示因添加铝元素提高共析碳含量，导致高体积分数碳化物恶化珠光体韧性。提出κ珠光体的球化热处理方法可改善其韧性，并解决热轧板的冷轧问题。　　高铝低密度钢的热轧显微组织由带状铁素体和κ珠光体组成，κ珠光体较细的板条间距以及较高体积分数的脆性碳化物，使其具有更高强度和更大的脆性，致使热轧板韧性差，轧制两道次后即开裂，无法进行后续冷轧。亚临界区球化退火热处理后，带状的κ珠光体组织演变为球状/短棒状κ碳化物。由于球化κ（碳化物尺寸较小、分布均匀且强度较高，球化后材料韧性明显改善。此外，球化热处理通过组织演变，解决了冷轧过程开裂的难题，满足后续冷轧要求。