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高强度钢的开发及应用作为汽车轻量化的一个重要途径一直以来备受国内外各大汽车厂商的关注与青睐。而就第三代汽车用先进高强度钢的生产工艺而言,淬火-配分(Quenching and Partitioning,Q&P)工艺的开发及成果转化具有广阔的研究及应用前景。Q&P钢基于组织中马氏体及残余奥氏体双相组织的有机搭配,使得汽车在受到外力撞击时,高强度马氏体抵抗钢板变形,而受到外力作用的残余奥氏体由于相变诱发塑性(Transformation Induced Plasticity,TRIP)效应的发生形成了诱导马氏体,延缓缩颈的产生,吸收外来冲击功。由此,与传统汽车板材相比,具有相同厚度的高强塑性Q&P钢可承受更大数量级的撞击力,所以,Q&P钢可以通过钢板减薄的手段保证汽车安全性并满足汽车轻量化要求。C、Mn元素作为Q&P钢中两种最重要的奥氏体稳定化元素,对经过元素配分工艺处理后板材的性能影响明显,所以,对其在调控Q&P钢微观组织及力学性能作用上的研究仍需进一步深入。为此,文章通过光学电镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针X射线显微分析仪(EPMA)、X射线衍射(XRD)分析仪、万能拉伸试验机对经过C-Mn综合配分工艺处理后的碳-锰-硅钢的微观组织、奥氏体碳元素的阶段性含量、C、Mn元素配分行为及其分布以及力学性能进行了观察与分析测试,并获得了以下五个方面的研究成果:(1)建立Q&P工艺配分时间与配分拟合因子的关系曲线,拟合因子对室温下残余奥氏体C含量的计算影响较为明显;建立了最终残余奥氏体C含量与关键配分参数理论模型,最终残余奥氏体中碳含量的60%以上来源于Q&P工艺的配分过程,其C含量的变化对最终奥氏体的稳定性具有决定性影响。(2)一次、二次锰配分及D-Q-P工艺钢C、Mn元素均出现富集现象,两元素配分趋势基本一致,有“富锰区富碳,贫锰区贫碳”的特点;二次锰配分工艺的C、Mn元素分布差异最为明显,配分效果最佳,锰配分工艺设计有效,对碳-锰-硅钢力学性能的提升有较大贡献;建立了双相区锰配分模型。(3)一次锰配分工艺、D-Q-P工艺及传统Q&P工艺钢微观组织均由板条马氏体、铁素体及薄膜状残余奥氏体组成,一次及D-Q-P工艺中晶界明显,马氏体板条呈平行态分布于每个晶粒内,对碳-锰-硅钢抗拉强度的影响大。一次锰配分工艺中碳元素在从10s~50s过程中经历了配分不足至配分过剩的变化阶段,马氏体板条束平行度降低,位向多元化程度加深,最终马氏体板条呈短小无序、边界模糊的状态。第二次锰配分温度的升高使马氏体板条位向多元化。(4)本试验参数范围内,一次锰配分工艺钢抗拉强度总体低于传统Q&P工艺钢,断后伸长率及强塑积恰好相反,强塑积曲线峰值有前移现象;820℃锰预配分保温20min时,240℃碳配分20s的力学性能最佳;第二次锰配分温度对抗拉强度影响较明显,890℃第二次锰配分温度下,碳配分30s时强塑积出现明显低谷,第二次锰配分7min时开始出现锰元素过度配分的状态;D-Q-P工艺钢抗拉强度均在875MPa以上,断后伸长率最高近24%,强塑积可达21GPa·%以上,综合力学性能远高于相同参数下一次、二次锰配分及传统Q&P工艺钢。(5)四种工艺钢拉伸断口均分布有直径及深度不等的韧窝,呈明显韧性断裂特征。D-Q-P工艺钢韧窝大小最为均匀,呈等轴态,平均直径和深度明显大于传统Q&P工艺钢,且其最大应变值远大于一次、二次C-Mn综合配分工艺和传统Q&P工艺钢,是一种可生产综合力学性能佳的高强度钢热处理工艺。