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第三代高强钢需要从低合金角度设计,通过简单的生产工艺,得到多相、亚稳、多尺度的复相组织,最终获得低成本、易生产、高强韧性的先进钢铁材料。本文从轻量化、低合金化、易制备的角度出发,通过加铝、降锰的方法设计了低锰含量的中锰钢,采用两相区奥氏体逆相变退火后直接淬火的工艺获得微米尺度的片层状铁素体、奥氏体及少量马氏体的复相组织。根据相图计算及热模拟研究了试验钢的相变行为,通过显微分析手段对显微组织进行了定量表征与分析,并探讨了两相区退火显微组织与力学性能之间的内在关联。对显微组织进行定量表征与分析,发现两相区退火温度和时间对逆转变奥氏体的形成有显著影响,最终淬火后得到铁素体、奥氏体和少量马氏体的复相组织。低温或短时间退火组织的铁素体基体中存在大量碳化物,逆转奥氏体含量少、尺寸小,主要呈竹叶状,淬火后孪晶马氏体含量较少。升高温度或延长退火时间,碳化物含量减少,逆转变奥氏体生成量增多,并沿着原马氏体板条界生长变宽,连接成为长条状,其尺寸的差异性变大,淬火后孪晶马氏体逐渐增多。退火初期逆转变奥氏体生成速度较快,而后逐渐变慢,达到饱和后其含量几乎不再增加,之后的保温过程会使其逐渐粗化。逆转变奥氏体含量增加到一定程度,残余奥氏体含量反而降低。力学性能试验结果表明,随着两相区退火时间延长,试样延伸率均先增加后降低,屈服强度先降低而后保持不变,抗拉强度一直增大,强塑积先增大后降低。短时间退火试样的拉伸曲线中均出现了屈服点延伸现象,产生了微小的Lüders带,随着退火时间延长该现象逐渐消失。低温短时间退火试样具有较好塑性,最大延伸率达到32.6%,但是强度较低;高温长时间退火试样强度较高,最高强度达到1460MPa,但塑性差。中温745℃退火50min与高温785℃退火8min试样具有较好的综合力学性能,强塑积达到了30 GPa·%,达到了常规中锰钢的水平,说明通过添加铝元素、降低锰元素的含量来制备出低合金、易制备的轻质中锰钢的思路是可行有效的。通过分析微观组织与力学性能的关系发现,铁素体含量较高时,试验钢表现出低强度、高延伸率,加工硬化率较低;马氏体含量较高,则表现出高强度、低塑性,加工硬化率较高但是持续短暂;奥氏体通过产生TRIP效应来供持续稳定的加工硬化效果,同时提高强度与塑性,进而使强塑积提升。