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近年来,全国汽车总量不断增加,导致由汽车排放产生的尾气以及能源消耗等问题日益严重。如何提高汽车用薄板钢的强塑积,尽可能实现汽车轻量化的同时兼顾驾驶安全,实现节能减排、安全低耗等价值成为关注和研究热点。目前,中锰钢(锰含量一般在3～11wt%)作为第3代先进高强钢,因其具有优异的抗拉强度、伸长率、强塑积、耐撞性和安全性,所以其在汽车板的应用中具有极大发展前景。本文设计了 5Mn,5Mn-Nb-Mo和4Mn-Nb-Mo三种不同成分体系中锰钢,主要研究了多种组织调控热处理工艺后实验钢的组织演变、力学性能、加工硬化行为、强塑化机理、奥氏体稳定性和TRIP效应。为中锰钢的性能优化以及工业化应用提供实验和理论基础。本文获得主要实验结果归纳如下:(1)5Mn实验钢的最佳奥氏体逆相变(ART)工艺参数为:625℃温度下临界退火4h并水冷至室温。热轧+ART、温轧+ART和冷轧+ART实验钢均表现出优异的强塑积,其中500℃温轧+ART实验钢性能最优,残余奥氏体(RA)含量达到56.8%,抗拉强度为1001MPa,伸长率为57.5%,强塑积可达57.6GPa·%。(2)淬火和回火(Q&T)工艺处理后的5Mn-Nb-Mo冷轧实验钢力学性能优于热轧实验钢。冷轧实验钢在625～675℃临界退火30min水淬,随后在200℃回火15min,获得了优异的综合性能,即RA含量最高可达到39%,抗拉强度为1059～1190MPa,伸长率为33～40%,强塑积为33.9～41.0GPa·%。最佳冷轧CR-650试样与最佳热轧HR-650试样相比,前者的韧窝尺寸更大更深,进而表现出更为优异的伸长率。(3)4Mn-Nb-Mo热轧实验钢最佳临界退火+淬火和配分(IA&QP)工艺参数为760℃临界区退火30min,180℃等温淬火10s并在350℃等温配分180s。该工艺下热轧实验钢展现出了最佳力学性能,即抗拉强度1231MPa,伸长率24.8%,强塑积可达30.5GPa·%。IA&QP工艺处理后4Mn-Nb-Mo热轧实验钢的抗拉强度均超过了 1024MPa,但伸长率和RA含量不高。(4)采用新型循环淬火和奥氏体逆相变(CQ-ART)工艺处理后的4Mn-Nb-Mo冷轧实验钢,晶粒尺寸得到了明显的细化,同时RA含量显著提高。两次循环淬火后的CQ2-ART冷轧试样具有最高RA含量(62.0%)、最佳晶粒尺寸(0.40μm)以及稳定性;这为RA在变形期间TRIP效应的产生提供了有力的保证。最终CQ2-ART试样获得了最优综合性能,即抗拉强度为838MPa,伸长率为90.8%,强塑积达到76.1GPa·%。(5)研究4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo实验钢奥氏体稳定性因素,发现Mn元素的含量是影响其稳定性的主要因素。不同晶粒尺寸和Mn含量的RA具有不同等级的RA稳定性。实验钢RA中存在明显的Mn配分行为,进而导致RA具有不同级别的稳定性,也因此表现出不同的加工硬化行为。本论文设计的4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo两种低合金实验钢在拥有明显综合性能优势的同时达到了尽量减少总合金元素含量的目的。(6)三种实验钢S3阶段加工硬化率曲线的大幅度波动归因于不连续TRIP效应。其原因在于RA在拉伸过程中转变为马氏体并且发生了体积膨胀,进而抵消部分应力集中并使应力转移到周围相中而产生协同变形,伴随着应力的松弛和转移;其次,实验钢中的RA需要有不同等级批次的稳定性,当应力值达到或超过该等级批次RA可发生相变的临界值才可产生TRIP效应。(7)Ms点受到RA中化学成分、晶粒尺寸、屈服强度和应力状态等作用影响。可通过将实验钢MSσ温度控制在使用温度以下,以获得更多更稳定的RA,进而产生更为广泛的TRIP效应,最终提高实验钢的综合性能。