基于短流程热成形的1.8GPa中锰钢的增韧及韧性调控机理
批准号：
52105395
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
侯泽然
依托单位：
学科分类：
成形制造
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
侯泽然
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
1.8GPa中锰热成形钢（1.8GPa中锰钢）是新开发出的轻量化超高强度钢，而韧性不足是制约其发展的瓶颈问题。申请人研究发现，采用短流程快速加热工艺（短流程热成形），在保证1.8GPa中锰钢高强度和高延伸率的同时提升其韧性，吸能提高了30%。然而该钢种在该工艺下的组织演化机理及其韧化机制尚不清楚。热成形是热-力耦合过程，1.8GPa中锰钢短流程热成形过程涉及材料成分、微观组织结构及其演化规律、高强韧性等控制与实现，是典型的材料-结构-性能一体化成形方法。本项目研究热-力耦合作用下1.8GPa中锰钢组织演化，建立工艺参数与晶粒尺寸、相变规律及析出行为等关键因素之间的关系模型，阐明晶粒尺寸、相变、析出相及其耦合对韧性的影响机制，揭示短流程热成形1.8GPa中锰钢的细晶-相变-析出耦合增韧机理，得到短流程热成形下1.8GPa中锰钢韧性的调控方法，解决1.8GPa中锰钢在汽车安全应用中的瓶颈问题。
英文摘要
1.8GPa medium-manganese hot forming steel（1.8GPa medium-manganese steel） is a newly developed lightweight ultra-high-strength steel, but insufficient toughness is a bottleneck restricting its development. Applicant’s previous research found that the adoption of rapid heating in short process（short process hot stamping） can improve the toughness of the 1.8GPa medium-manganese hot forming steel while ensuring the high strength and high elongation, with energy absorption increased by 30%. However, the microstructure evolution mechanism and toughening mechanism of this steel under this process are still unclear. Hot forming is a thermal-mechanical coupling process. The short process hot forming of 1.8GPa medium manganese steel involves the control and realization of material composition, microstructural evolution, high strength and toughness, etc. It is a typical material-structure-performance integrated forming method. This project studies the microstructure evolution behavior of 1.8GPa manganese steel under thermal-mechanical coupling, establishes the relationship between process parameters and key factors such as grain size, phase transition and precipitation behavior, and clarifies the influence mechanism on toughness of grain size, phase transition, precipitated phases and their coupling. This project reveals the coupling toughening mechanism of grain refining, phase transformation and precipitation of 1.8GPa medium manganese steel under short process hot stamping, and obtain a method of toughness control. This research solves the bottleneck problem of 1.8GPa medium manganese steel in automotive safety applications.
1.8GPa中锰热成形钢是新开发的轻量化超高强度钢，韧性不足是制约其发展的瓶颈问题。本项目针对1.8GPa中锰钢短流程热成形工艺，围绕热-力耦合作用下的组织演化及其增韧机制开展系统研究。本项目的主要研究内容包括：（1）研究1.8GPa中锰钢短流程热成形过程中热-力耦合作用下的组织演化规律，建立工艺参数与晶粒尺寸、相变行为及析出相之间的关系模型；（2）分析晶粒细化、相变行为及析出相对材料韧性的影响，阐明细晶-相变-析出耦合作用的增韧机制；（3）提出短流程热成形工艺下1.8GPa中锰钢的韧性调控方法，优化工艺参数，实现高强韧性一体化。通过理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，本项目取得了以下重要成果：首先，建立了1.8GPa中锰钢短流程热成形过程中晶粒尺寸、相变规律及析出行为与工艺参数之间的关系模型，明确了加热速率、成形温度及冷却速率对组织演化的影响规律。研究发现，快速加热（≥100℃/s）能够显著细化奥氏体晶粒至1-2μm，抑制粗大晶粒的形成，并促进亚稳相的生成。其次，阐明了晶粒细化、相变行为及析出相对韧性的协同作用机制。研究表明，细晶强化、亚稳相诱发塑性效应（TRIP效应）及析出相的弥散强化共同作用，显著提升了1.8GPa中锰钢的韧性。通过优化晶粒尺寸、控制亚稳相体积分数在15%-20%范围内，并调控析出相的分布与尺寸，材料的吸能能力提高了30%以上。最后，提出了短流程热成形工艺下1.8GPa中锰钢的韧性调控方法。在成形温度750-850℃、冷却速率≥50℃/s的条件下，实现了抗拉强度≥1.8GPa、延伸率≥15%和韧性提升的综合性能。项目在国内外核心期刊和会议发表署名本课题资助的论文8篇，其中SCI/EI收录论文7篇，北大中文核心期刊论文2篇。项目负责人获得2024年中国汽车工程学会科技进步二等奖（5/10），以第二作者出版书籍1部《轻量化金属板材成形——力学表征与数值模拟》，授权发明专利2项，参加国际/国内会议6次并作学术报告。
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