高強度汽車鋼

卜子華　徐淑瓊

【摘 要】材料性能與工業(yè)有著密不可分的聯(lián)系，高強度鋼廣泛地應用于現(xiàn)代汽車制造工業(yè)。我國長期進行高強度鋼論證及實驗，但進展較為緩慢，限制較多，先后出現(xiàn)了普通高強度鋼、第一代、第二代及第三代先進高強度鋼。本文簡要介紹了高強度鋼的性能及其分類的發(fā)展歷程與前沿進展，指出了國內第三代高強度汽車鋼的研究進展，同時還提出了未來我國汽車用鋼的發(fā)展方向。

【關鍵詞】高強度;汽車;鋼

中圖分類號： TG335.56;U466 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0114-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.048

High Strength Automobile Steel

BU Zi-hua XU Shu-qiong

（College of mechanical and vehicle engineering， linyi university， Linyi Shandong 276005， China）

【Abstract】There is an inseparable connection between material properties and industry. High strength steel is widely used in modern automobile manufacturing industry. The argumentation and experiments of it have been carried out for a long time in China， but the progress is slow and there are many limitations. Common high strength steel， the first， the second and the third generation of advanced high strength steel have appeared successively. This paper briefly introduces the development history and frontier progress of high strength steel properties and classification. It points the progress of the third generation high strength automobile steel in China. At the same time， it presents the development direction of automotive steel in China in the future.

【Key words】High strength; Automobile; Steel

0 引言

我國的汽車工業(yè)目前以加工組裝和生產中低檔車為主，在國際汽車市場中，難以與高端汽車品牌競爭。為了順應國家環(huán)保、節(jié)能、低碳、安全的時代發(fā)展潮流，我國的汽車行業(yè)不斷地引入先進生產技術并著重研發(fā)輕量化高強度鋼，打造擁有自主品牌和自主知識產權來提高國際競爭力和出口能力，以改變我國貿易逆差的現(xiàn)狀。本文對現(xiàn)有的高強度鋼種進行了簡單闡述與簡要分析。

1 幾種典型的汽車用鋼

1.1 高強度汽車鋼的分類

高強度汽車用鋼目前可分為三代，第一代先進高誘導塑性鋼等;第二代先進高強鋼分為TWIP孿晶誘導塑強鋼分為FB鋼、IF鋼、馬氏體鋼、TRIP相變性鋼、L-IP誘導塑性輕鋼、SIP剪切帶強化鋼[1];第三代先進高強度鋼分為TBF貝氏體基相變誘導塑性鋼、δ-TRIP鋼、納米貝氏體鋼、中錳TRIP鋼、Q&P鋼等。

先進鋼材不斷地在現(xiàn)代汽車制造行業(yè)更新?lián)Q代，同時先進超高強度鋼的引進不僅會盡可能地減少汽車零件用材，達到汽車輕量化的要求，還可對國民經濟、科研領域等發(fā)展等產生巨大影響。為實現(xiàn)這一目標，首選方案是選用乃至研發(fā)比強度高的材料，由此可見，我國材料發(fā)展面臨著諸多嚴峻挑戰(zhàn)。

1.2 普通鋼及先進高強鋼分類

按照國際鋼鐵協(xié)會USL-AB項目，可將鋼種按其力學性能進行分類，分為低強鋼、高強鋼和超高強鋼。超高強鋼的抗拉強度Rm（σb）>700MPa，屈服強度Re（σs）>550MPa;低強鋼的抗拉強度Rm（σb）<270MPa，屈服強度Re（σs）<210MPa;高強鋼的力學指標介于這兩者之間。

其中，低強度鋼分為IF鋼和軟鋼;普通高強度鋼分為碳錳鋼、BH鋼、高強度IF鋼和HSLA鋼等;先進高強度鋼（AHSS）包括雙相鋼、TRIP相變誘發(fā)塑性鋼、CP鋼和馬氏體鋼（M鋼）等[2]。

1.3 先進高強度鋼的性能分析

1.3.1 應力-應變關系分析

第一代汽車高強度鋼IF鋼，即無間隙原子鋼（超低碳鋼），C、N含量較低，曲線變化很平穩(wěn)，其抗拉強度為280MPa左右，具有較好的塑性;馬氏體鋼，其顯微組織為馬氏體組織，經過相應的熱處理工藝，其抗拉強度可達2100MPa。但是第一代高強度鋼存在明顯問題：抗拉強度大的材料，塑性性能差，伸長率差值達到37%左右。第一代汽車鋼并不適用于現(xiàn)代汽車制造行業(yè)，由于其強塑積比較低因而又研發(fā)了第二代鋼鐵材料。

第二代先進汽車高強度鋼（TWIP鋼），當抗拉強度為800MPa時，其塑性變形僅為20%，而隨著應力的逐漸提升，當應力達到1200MPa時，其應變達到了58%以上，具有較好的塑性性能，其強塑積遠高于第一代汽車用鋼。由此可見，經過改進的第二代汽車用鋼，碰撞吸能能力更強，且性能相比于第一代要更好，但成本相對較高。

第三代先進汽車高強度鋼Q&P鋼，處于馬氏體狀態(tài)中的碳，在淬火過程中被分配至殘余奧氏體，殘余奧氏體因增碳更加穩(wěn)定，進而提高了鋼的強韌化性能。當應變?yōu)?5%左右時，Q&P鋼應力達到最高值，約為1500MPa，換言之，它具有強度高、可塑性強、成本低等優(yōu)點，被認為是將高強度與良好韌塑性完美結合的新一代高強度鋼。

1.3.2 高強度鋼的強塑性分析

第一代汽車用鋼中的IF鋼為低強度鋼，伸長率可達50%，具有極其優(yōu)異的深沖性能，且鋼板的屈服和抗拉強度不會隨時間變化而出現(xiàn)明顯上升的現(xiàn)象，或在沖壓時出現(xiàn)拉伸應變痕（滑移線），常用于發(fā)動機機油底殼。

第二代先進超高強度鋼TWIP鋼，在室溫下的組織為單一的奧氏體組織和少量退火孿晶組織奧氏體鋼，強度可達1600MPa，斷后伸長率達到65%以上，具有優(yōu)異的強度和延展性，良好的耐磨性和耐蝕性。因其具有較高的Mn含量（12%-30%），強度是傳統(tǒng)高強鋼的2倍，故此鋼種可用于改善汽車的碰撞安全性能，在汽車制造行業(yè)被廣泛關注。

相比于前兩代鋼種，IF鋼雖具有極其優(yōu)異的深沖性能，但表面易出現(xiàn)起泡、線紋等缺陷。TWIP雖具有優(yōu)異的力學性能，但是該鋼在冶煉、鑄造工藝等方面卻存在著很大的技術難題。

2009年，具有高強度、高塑性的第三代汽車用鋼成功地被中國鋼研科技集團在實驗室里研發(fā)。第三代汽車鋼的抗拉強度相比于第一代增加了300%，延伸率可達至35%，然而所用的合金含量卻小于第二代汽車鋼的1/3，且其成本僅略高于第一代汽車鋼[3]。

2 國內第三代汽車鋼的研究進展

2016年，河北首卷QP1300第三代汽車鋼在河鋼邯鋼成功下線，相比于第一、二代汽車鋼，QP鋼第三代汽車鋼的代表，具有強度高，可塑性強等特點，目前被廣泛地應用于制造現(xiàn)代汽車高強度部件，以提高汽車安全性能并實現(xiàn)汽車輕量化的要求。

2017年12月18日，全球首卷QP1400第三代超高強度汽車鋼在遼寧鞍鋼成功下線，經檢驗各項力學指標均符合用鋼需求，使得我國鞍鋼的制鋼能力領先于其他制鋼行業(yè)，該鋼種目前被用于加工汽車結構件、防撞件及內部加強板[4]。

2018年9月25日，全球首卷2000MPa級別熱成型鋼在河鋼唐鋼1810生產線成功下線。這是目前全球薄板坯連鑄連軋工藝生產的最高強度級別鋼種，填補了國際國內薄板坯連鑄連軋工藝生產超高強鋼空白[5]。

隨著我國汽車節(jié)能、排放、環(huán)保等硬性法律法規(guī)的推出，我國堅持自主開發(fā)，引進國際前沿技術，積極開展國際合作，將理論與實踐相結合，研發(fā)具有本國自主知識產權的新技術。未來我國汽車材料的發(fā)展應該是將高強度和高塑性（高強塑性）更好地結合起來，且生產成本更低、更易加工，以達到汽車輕化、節(jié)能減排及高安全性的要求。

3 結束語

先進高強度鋼具有較高的強塑積、良好的耐磨性和耐蝕性，較好的冶煉、鑄造工藝性能。超高強度鋼在汽車生產中的廣泛應用有利于實現(xiàn)車身的有效減重、節(jié)能減排、節(jié)省生產成本，同時還可提高汽車抗沖擊能力和防撞安全性能。

由此可見，高強度鋼的不斷發(fā)展必然會影響我國未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向，我國仍需加強相關技術的研究工作。本文僅是對高強度汽車用鋼的綜述，對于鋼的組織性能及其生產工藝規(guī)范與流程不予以深入討論。

【參考文獻】

[1]凌鴻偉.熱成形模具磨損的全局靈敏度分析及優(yōu)化設計[D].湖南大學，2015.

[2]陳飛.熱成型試驗系統(tǒng)及仿真研究[D].湖南大學，2012.

[3]中國第三代汽車鋼研發(fā)世界領先[J].鋼鐵，2011，46（04）：64.

[4]短訊[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（01）：8-10.

[5]全球首卷最高強度級別薄板坯熱成形汽車鋼在河鋼下線[J].軋鋼，2018，35（06）：69.