为应对日益严重的资源短缺与环境污染，迫切需要减少温室气体排放，提高能源利用效率。在汽车工业领域，汽车轻量化能有效地节能减排，已成为当今世界汽车行业发展的潮流。Fe-Mn-Al-C钢具有高强度、高塑性、耐蚀性和低密度等优点，成为未来汽车用钢最有希望的候选材料，是汽车轻量化的重点研究方向。其中，Fe-Mn-Al-C奥氏体低密度钢由于能更显著地降低密度、可时效强化和其独特的形变机理得到了更多的关注。然而在奥氏体低密度钢中仍存在一些关键科学问题没有解决，如形变机理及其影响因素，时效强化后加工硬化率低等问题，需要进一步深入研究。 针对以上问题，本论文以Fe-30Mn-11Al-1.2C奥氏体低密度钢为研究对象，综合利用多种性能测试和微观结构表征技术，系统研究了形变过程中微观结构、织构和力学性能的演变规律，揭示了实验钢的形变强化机理以及κ′碳化物对形变机理的影响机制，在此基础上，通过微观组织调控显著提升了实验钢的强度、改善了时效析出后钢的加工硬化能力。主要研究内容和结论如下： 第一部分，研究了不同淬火速率固溶样品的微观组织、力学性能以及拉伸变形过程中的微观结构演变。研究表明：（1）增加淬火速率会抑制κ′碳化物的形成，促进滑移带的细化，使微带的形成提前，从而提升实验钢的加工硬化率；（2）κ′碳化物的析出抑制了变形过程中层错和孪晶的形成；（3）低应变到中应变微观结构演变为泰勒晶格滑移带逐渐细化，中应变到高应变为微带的形成和发展，并出现层错和纳米孪晶，表明固溶态实验钢激活了“动态滑移带细化诱导塑性”、“微带诱导塑性”和“孪生诱导塑性”三种形变机制。 第二部分，研究了水淬固溶样品轧制过程中微观结构、织构和力学性能的变化。研究表明：（1）轧制变形过程中随应变增加微观组织结构的演变次序为：泰勒晶格、微带、孪晶、剪切带和位错缠结，位错缠结的形成表明位错的滑移模式逐渐由平面滑移转变为交滑移，微观结构的逐渐细化使屈服强度显著增加至~2.0GPa。（2）位错平面滑移导致晶粒非正常转动，加上非均匀变形结构（微带、剪切带、孪晶）对织构的分散，导致整体织构较弱。（3）由于位错平面滑移和形变孪生对晶粒取向转动路径的影响，实验钢的织构类型随着轧制应变的增加逐渐由“金属型织构”转向“合金型织构”。 第三部分，通过时效析出κ′碳化物、引入非均质层状组织结构和调控脆性析出相的分布提升实验钢的强度和改善加工硬化能力。研究表明：（1）时效处理使κ′碳化物的尺寸、体积分数增加，抑制“微带诱导塑性”和“孪生诱导塑性”的发生，使形变机理转变为“动态滑移带诱导塑性”，在提升材料屈服强度的同时极大地降低了实验钢的均匀延伸率；（2）大应变量轧制变形后短时间再结晶退火能形成新型的非均质层状组织结构，该组织除了细化晶粒强化外，还产生额外的背应力强化；（3）预变形引入的晶体缺陷能为脆性析出相提供有效的异质形核点，将部分晶界析出相调控至晶粒内部，引入Orowan绕过机制，从而提高材料的加工硬化能力。 最后，综合利用析出强化、细晶强化和背应力强化的协同作用以及晶内脆性析出相对加工硬化率的提升，最终实现了抗拉强度超过1.5GPa、比强度为238MPag-1cm-3、均匀延伸率为13%的优异力学性能。
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