汽车钢的高强度化是汽车轻量化和提高碰撞安全性的主要途径之一。由于冷成形困难与高强度化导致的低塑性问题，目前应用的大多数汽车薄板钢的强度不超过1000MPA。可以通过热成形的方法解决薄钢板冷成形困难的问题，如采用热成形钢制造的汽车防撞零件的强度可以达到1500MPa级（22MnB5钢）。热成形钢及成形技术在汽车上应用愈来愈多。目前，在汽车上大量应用的是1500MPa级的热成形钢，德国的TKS公司研发了1900MPa级的热成形钢，轻量化效果明显。2008年，国家科技部在材料领域高技术创新团队项目中大力支持了中国钢研的热成形马氏体钢板技术研发。中国钢研在多年的军工用高强度钢的技术基础上，很快就研发出1500MPa、1700MPa、1900MPa和2200MPa级系列热成形钢。
但是，高强度化（抗拉强度超高1000MPa）所带来的低塑性问题则始终未能解决。1500MPa级的热成形22MnB5钢的室温塑性一般在10%左右。解决了成形问题，但表征安全性的强塑积（抗拉强度和断后伸长率的乘积）很难提高。改善超高强度薄板钢的塑性已经成为扩大超高强度钢在汽车上应用的关键问题。
对于钢铁材料而言，当强度超过1000MPa后，塑性大幅度下降至10%左右是一个正常的规律。能不能将塑性提高，甚至翻番呢？采用传统的强化和塑化方法显然是行不通的，这就需要我们改变即有的思路。通过对不同类型合金钢的抗拉强度和断后伸长率的关系研究发现，面心立方合金钢的塑性较高，强塑积可达60GPa%，但抗拉强度小于1000MPa；体心立方合金钢的抗拉强度可达2300MPa，但随抗拉强度的增加，塑性水平大幅度下降，当抗拉强度超过1500MPa时，断后伸长率为10%左右，强塑积很难超过20GPa%。采用多相（Multiphase）、亚稳（Metastable）及多尺度（Multiscale）的组织调控有可能获得所期待的目标。
据此，中国钢研的科研人员大胆地提出了超高强度第三代汽车钢的目标：抗拉强度达到1500MPa级，强塑积不小于30GPa%。2008年底开始，时捷、曹文全和王存宇等博士研究提高延伸率超过20%的可能性。对此，国家科技部“973”项目从2010年起对提高塑性的基础研究给予了大力的支持。
根据钢塑性失稳判据，当加工硬化率等于真应力时，钢将发生塑性失稳，所对应的应变量为均匀应变，所对应的应力为抗拉强度。通过对高强度钢和TRIP钢的研究可知，如果在高强度基体（马氏体或贝氏体）上引入亚稳奥氏体组织，即获得M(B)+A组织，利用亚稳奥氏体在变形过程中的TRIP效应持续地提供加工硬化率，可以有效地提高高强度钢的塑性。通过对不同类型合金钢的研究发现，强塑积随残余奥氏体量的增加呈线性增加。根据这个规律，获得30GPa%的强塑积需要20-30%的残余奥氏体。这就需要在合金化和热处理技术方面有所创新。淬火＋（碳）配分（Q&P，Quenching and Partitioning）工艺是美英科学家提出的新型热处理工艺。我们考虑并采用了此项工艺来获得高强塑积汽车钢。通过先将高温奥氏体淬火至马氏体形成开始温度与终了温度之间的QT温度（Ms<QT<Mf）形成部分马氏体，再控制碳（从先形成马氏体向未转变奥氏体）的配分，最后淬火至室温得到主要由原始马氏体、新鲜马氏体和富碳残余奥氏体组成的多相组织。因此，获得30GPa%级超高强度钢的主要思路是利用淬火配分工艺，获得高强度马氏体基体与一定量残余奥氏体的M3组织，利用奥氏体的TRIP效应和相变的组织分割作用来提高塑性。
以碳含量为0.21—0.51%的高Si钢为研究对象，研究了淬火和配分工艺处理钢组织和力学性能变化规律和机理。淬火过程中得到的马氏体将未转变奥氏体分割成尺寸不均的区域，配分处理后尺寸较小的未转变奥氏体稳定性高，最终成为残余奥氏体，而尺寸较大的未转变奥氏体由于稳定性较差而转变成硬度较高的淬火态马氏体，研究发现采用适当的等温淬火温度和高温短时的配分制度获得最大量残余奥氏体，提高钢的含碳量可以提高残奥量及其稳定性，钢的伸长率和强塑积随残奥量的增加而增加。研究结果表明，在1500—1840MPa的强度范围内，都获得了强塑积大于30GPa%的力学性能，如含碳量为0.37%和0.41%的试验钢经淬火配分工艺处理后分别获得了超高强度下的高强塑积力学性能：抗拉强度1670MPa时强塑积为33GPa%（残余奥氏体含量为21%）；抗拉强度1835MPa时强塑积达到34.8GPa%（残余奥氏体含量为27%）。与现有的先进汽车钢双相钢（DP）、TRIP钢和文献中报道的淬火配分钢之间的比较（如图1）发现，中国钢研的试验钢具有更高的强塑积。通过对单轴拉伸曲线的分析，淬火配分工艺处理钢能够获得超高强度高塑性力学性能的主要原因在于是大量亚稳奥氏体在塑性变形过程中产生TRIP效应，持续地加工硬化能力，推迟颈缩的产生，从而大大提高钢的均匀伸长率。与传统淬火处理钢相比，淬火配分工艺处理钢具有较低的疲劳裂纹扩展速率和较好的抗氢脆敏感性。这些结果充分地验证了多相、亚稳及多尺度（M3）的组织调控方法获得高性能钢技术思路的可行性。
该项研究可以形成超高强度薄钢板生产和热成形零件两种工业化技术。初步的热成形零件试验结果表明，通过控制零件在Ms以下的控温冷却工艺实现淬火配分工艺，获得了抗拉强度为1650MPa、强塑积可以达到30GPa%的热成形零件，远高于传统热成形工艺生产零件的强塑积（10—15GPa%）；通过对现有薄板钢连续退火线的热处理能力与新型淬火配分工艺进行比较发现，可以采用薄板连退线生产高强塑积超高强度薄钢板。
在上述研究基础上，为进一步提高零件抗碰撞性能，项目组决定利用铁素体和残余奥氏体两种塑性较高相与马氏体相共同形成M3型组织结构，实现强塑积指标的提高。通过近百件的反复试制与工艺摸索，最终实现零件强塑积稳定在20GPa％～30GPa％范围内，远远高于国外热成形钢10～15GPa％的水平。在零件三坐标检测过程中，中国钢研生产的中央通道完全符合数模设计要求，与设计数模完全一致。经过科研人员两个月无假日连续试验的艰苦努力，中国钢研成功完成了红旗系列HQ7平台车中央通道热成形零件的试制工作。中国钢研通过热成形中央通道零件的试制在国内外该领域取得如下技术优势：所试制的中央通道热成形零件是目前世界最高强塑积的热成形零件，强塑积达到原热成形钢(22MnB5）的2倍；世界上率先实现了M3型组织(铁素体＋马氏体＋残余奥氏体)在热成形马氏体钢领域的工业化试制及应用；试制的热成形零件——中央通道(外形尺寸：1434×521×311mm，厚度：0.9mm)是目前国内生产尺寸最大、最薄的热成形零件；形成了包括热成形原料钢板生产、热成形工艺、模具技术和加工等技术集成。该项目的完成，除了科研人员的创造性劳动外，还得益于中国钢研多年以来在马氏体钢领域积累的丰富经验，同时也进一步促进了我们的原创性技术研发工作。
