随着环境问题的日趋严重,采用先进高强度钢(Advanced High Strength Steels,AHSS)实现汽车轻量化以减少汽车尾气排放已成为汽车行业的发展方向之一。双相钢作为应用最广泛的AHSS钢种之一,在汽车上的用量远远超过其他钢种。高强双相钢多以冷轧及退火工艺来进行生产,若以热轧双相钢取代部分冷轧板生产汽车结构件,将缩短生产周期、降低生产成本、提高企业的市场竞争力,具有广阔的应用前景。但是如何对其成分和工艺进行优化,改善钢板表面质量、促进高强热轧双相钢变形协调性、提高其强度和塑性的匹配度还有待进一步研究。此外,双相钢在后续成形过程中的微观变形机理尚不明确,以及微观失效与宏观失效之间的关系还存在争议。因此,本文以热轧双相钢为研究对象,以微观数字图片相关法(Digital Image Correlation,DIC)-原位拉伸为研究手段,对双相钢的微观变形行为及微观失效机制进行了系统研究。主要的工作如下:(1)设计了热轧双相钢的化学成分,明确了两相区热轧工艺以及轧后冷却对双相钢微观组织和力学性能的影响机理。第一种工艺采用热轧后直接水淬,得到了铁素体和马氏体双相组织,其抗拉强度达到985～1040MPa,断后延伸率在16.3～18.4%范围内,力学性能特点为强度高塑性低。第二种工艺采用热轧后卷取缓冷,得到了铁素体、马氏体并含有少量贝氏体的混合组织,其抗拉强度达到865MPa,断后延伸率达到25.0%,强塑积达到21.7GPa%。第三种工艺采用热轧后快冷至贝氏体区保温,得到贝氏体和铁素体双相组织,其抗拉强度在615～675MPa之间,断后延伸率达到37.2～38.0%,力学性能特点为强度低塑性好。采用纳米压痕方法测定了实验钢中硬相和界面的硬度,结果表明双相钢中硬相的强度和含量决定了材料的强度,但是只有组织中硬相和软相强度匹配良好,才能使双相钢同时获得优异的强度和塑性;硬相和软相界面强度越高,材料脆性断裂的趋势越大。(2)研究了热轧高强双相钢轧后回火工艺对组织性能的影响,结果表明热轧双相钢在200℃回火30min后力学性能最佳,在保证抗拉强度稍许降低的情况下延伸率大幅提高,断后延伸率由16.32%提高到25.92%,强塑积由16.87GPa%提高到24.62GPa%,对应的双相钢微观组织形貌变化不大。采用DIC拉伸实验方法,证明了力学性能提高的主要原因为低温回火使双相钢变形协调性增加、变形更加均匀。(3)利用电子背散射衍射、电子通道衬度成像等技术和原子探针等设备,全面检测了回火前后精细组织的改变,着重从原子尺度定量分析了合金元素偏析及过渡性碳化物的变化,并阐述了微观组织与力学性能之间的关系。在铁素体晶粒中,低温回火引起小角晶界的增加以及Nb、C元素在位错处的偏析,从而阻碍位错运动,使铁素体强度在低温回火后保持不变。在回火过程中,马氏体组织中的C扩散进入残余奥氏体,以及马氏体板条界面和位错处,使得马氏体中的C含量降低,同时由于淬火应力的减小,故低温回火后马氏体强度降低。因此,铁素体和马氏体之间的强度差减小,从而缓解了变形过程中的应力/应变集中,使双相钢变形均匀,塑性得到提升。(4)通过微观DIC原位拉伸实验,研究了双相钢的微观组织对微观应变均匀性的影响规律,揭示了双相钢的微观变形机制,并通过量化马氏体的微观应变,发现马氏体具有两种变形方式。当双相钢中马氏体含量较低时(体积分数在10%以下),微观变形相对均匀,并且整体均匀的变形也能促进马氏体的变形;随着马氏体体积分数的增加,马氏体与铁素体的相对分布位置变得复杂,从而对微观变形产生很大影响。若马氏体岛之间含有狭窄的铁素体区域,将会在此区域产生强烈的应变集中,增加变形的不均匀性。在马氏体集中区域,马氏体对周围铁素体有强烈的强化作用,使铁素体塑性大幅降低,从而使材料整体的塑性降低。当马氏体板条间距分布不均匀时,在变形过程中将在较宽的板条处产生强烈的应变集中,并造成马氏体中微观应变分布不均匀;当马氏体板条间距均匀分布时,马氏体的微观应变集中在距马氏体-铁素体界面1μm的区域内,在此区域内微观应变随着与界面距离的增加而减少,在此区域外,马氏体承担非常小的应变量。(5)通过微观DIC原位拉伸实验,表征了双相钢的拉伸断裂行为,提出了变形过程中双相钢的三种微观失效机制,即裂纹在马氏体内部形核、裂纹在马氏体与铁素体界面形核和裂纹在铁素体晶界处形核。裂纹在马氏体内部形核是由应力集中所致,一旦形核会在马氏体内部沿其尖端扩展成为细长的裂纹,此时不会改变马氏体的微观变形方式;裂纹在马氏体与铁素体界面形核是由应变集中引起,最终在马氏体-铁素体界面处扩展为椭圆形空洞;裂纹在铁素体晶界处形核也是由应变集中引起,并沿着铁素体晶界扩展,此种微观失效在双相钢中出现的频率较低,且一般发生在变形后期。