贝氏体基淬火配分工艺调控残余奥氏体稳定性的研究及其在汽车轻量化中的应用

针对汽车用贝氏体钢塑性不足的问题，研究人员通过设计贝氏体基淬火配分(B-Q&P)工艺，优化预贝氏体等温时间，实现了残余奥氏体(RA)稳定性调控。该工艺使材料获得1338 MPa抗拉强度、15.3%总延伸率和20 GPa%强塑积，通过细化贝氏体组织和提升RA机械稳定性，为汽车轻量化材料开发提供新策略。

　　

随着全球汽车保有量激增，燃油成本与环境问题日益严峻，轻量化成为解决这一难题的核心策略。在众多先进高强钢(AHSS)中，贝氏体基多相钢凭借优异的力学性能和局部成形性，成为汽车底盘等承重部件的理想选择。然而，传统贝氏体钢中块状残余奥氏体(RA)易在变形初期转变为马氏体，引发应力集中和裂纹，严重制约材料塑性。如何精准调控RA的形态、含量及稳定性，成为突破贝氏体钢性能瓶颈的关键科学问题。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地提出预等温贝氏体转变(PIBT)与淬火配分(Q&P)相结合的工艺路线。通过系统研究预贝氏体等温时间对RA稳定性的影响机制，发现短时(100秒)预等温处理可加速配分阶段贝氏体转变动力学，同时淬火形成的初生马氏体(PM)能分割未转变奥氏体，细化贝氏体组织并提升屈服强度。相反，延长等温时间会促进碳向奥氏体扩散，形成热稳定性过高的块状奥氏体，最终冷却时转变为脆性新鲜马氏体(FM)。最优工艺使实验钢获得1338 MPa抗拉强度(UTS)、15.3%总延伸率(TEL)和超过20 GPa%的强塑积，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: A》。

关键技术方法包括：采用0.19C–2.5Mn-1.5Si-0.4Cr-0.2Mo成分设计，通过热膨胀仪分析相变动力学，结合SEM、EBSD和XRD表征微观组织演变，利用拉伸试验评估力学性能，并建立等温时间-组织演变-性能关联模型。

研究结果

1. 热膨胀曲线分析：短时预等温处理使BQAT钢的贝氏体转变速率较传统BAT工艺提高3倍，证实PM能显著促进后续贝氏体转变。
2. 显微组织演变：100秒等温处理的RA尺寸分布集中(0.1-0.3 μm)，临界塑性变形应力提升至1250 MPa，机械稳定性显著优于长时处理形成的块状RA。
3. 力学性能调控：当RA体积分数为8.7%时，TRIP效应应变区间扩展至12%-15%，使均匀延伸率提升40%。

结论与意义
该研究首次阐明预贝氏体等温时间通过"碳分配-相变动力学-组织细化"三重机制调控RA稳定性的规律：短时处理通过PM分割奥氏体晶界，细化贝氏体板条(<100 nm)；同时促进碳向RA的短程扩散，形成高机械稳定性的薄膜状RA。这一发现不仅为汽车轻量化材料设计提供新思路，其建立的工艺调控模型更可推广至其他多相钢种开发。未来通过工业化连续退火线验证，有望实现1300 MPa级高塑性贝氏体钢的规模化生产。