淬火-分配钢,也称Q&P(Quenching and Partitioning)钢,通过对冷轧碳硅锰钢的淬火及碳分配热处理(也称Q&P热处理)工艺实现了常温组织大部分为马氏体同时有一定量残余奥氏体,是一种具有TRIP效应的高强高韧钢,属于第三代先进高强钢,具有广阔应用前景。在Q&P钢生产中,板形问题始终是其面临的主要技术质量难题之一。本文针对国内刚投产的QP980高强钢进行实验研究建立其热弹塑性本构模型,并通过建立Q&P钢热处理全过程的温度场、组织场、应力应变场的三场耦合有限元模型,仿真研究两种常见冷轧板形缺陷在Q&P热处理中的演变过程,揭示热处理各阶段板形变化的机理与热处理工艺影响板形的规律,提出相应板形调控策略,为Q&P钢热处理过程工艺优化提供理论支持。本文主要工作及结论如下。(1)以国内典型Q&P高强钢——QP980钢为例进行热处理全过程物理模拟研究,提出一种耦合温度及时间影响的类蠕变应变方程用以描述材料在Q&P热处理分配过程的体积变化,建立了考虑淬火温度影响的Q&P热处理两次淬火过程相变动力学方程、相变应变及相变塑性方程,获得了 Q&P钢各相的热膨胀系数。(2)通过等温拉伸实验对QP980钢奥氏体、马氏体及回火马氏体的热变形行为进行研究,通过引入温度-应变耦合项并修正应变强化项对Johnson-Cook本构方程进行了完善改进,提高了其对高温流变应力的计算精度;建立了奥氏体组织考虑应变速率影响的Arrhenius双曲正弦本构方程。本构方程计算值与实测值吻合良好。(3)根据温度场、组织场、应力场三场耦合原理,基于物理模拟得到的弹塑性增量本构模型,对商业有限元软件ABAQUS用户子程序进行二次开发,建立了针对Q&P热处理全过程的三场耦合数值仿真模型;通过Gleeble热-力模拟实验机上的Q&P热处理实验对模型进行了实验验证。(4)基于所建Q&P热处理全过程数值仿真模型,开展针对具有常见板形瓢曲缺陷——边浪缺陷的QP980钢板热处理过程的仿真研究,获得板形边浪缺陷在Q&P热处理全过程中的演变规律,分析了其变化的机理;发现各阶段导致板形变化的钢板宽度方向上总纵向应变分布的变化,总归因于其一种或几种纵向应变分量分布的变化,包括由温度分布导致的热应变分布、相变顺序导致的相变应变和相变塑性应变分布以及分配顺序导致的类蠕变应变分布;获得了 Q&P热处理工艺中的淬火温度、分配温度及分配时间对板形边浪缺陷的定量影响规律,并据此提出了针对Q&P热处理工艺对板形边浪缺陷的调控策略。(5)基于所建Q&P热处理全过程数值仿真模型,针对具有常见板形翘曲缺陷——C翘缺陷的QP980钢板热处理过程进行仿真研究,获得了板形翘曲缺陷在Q&P热处理全过程中的演变规律,分析了其变化的机理;发现各阶段导致板形变化的钢板厚度方向上总纵向应变分布的变化,总归因于其一种或几种纵向应变分量分布的变化,其中包括热应变、塑性应变、相变应变、相变塑性应变和类蠕变应变;获得了 Q&P热处理工艺中的淬火温度、分配温度及分配时间对板形C翘缺陷的定量影响规律,并据此提出了针对Q&P热处理工艺的板形翘曲缺陷调控策略。(6)在实验室搭建Q&P热处理过程模拟实验平台,采购钢板并制作试样,首先针对具有板形边浪缺陷的QP980钢板进行了不同工艺参数的盐浴Q&P热处理实验,热处理工艺参数对板形边浪缺陷的影响规律与数值模拟结论取得一致;同时,针对具有板形C翘缺陷的QP980钢板进行了不同工艺参数的盐浴Q&P热处理实验,热处理工艺参数对板形C翘缺陷的影响规律与数值模拟结论吻合较好;实验结果较好地验证了数值模拟结果。