国外汽车用先进高强度钢板及其标准综述_徐宏伟

收稿日期 : 2007 03 21 作者简介 : 徐宏伟 , 男 , 硕士研究生 , 高级工程师 , 目前主要从事标准和质量管理 。
第 2 期 国外汽车用先进高强度钢 板及其标准综述
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定 AHSS 国家标准提供参考和借鉴 。 1 AHSS 简介 目前 , 在技术上相对比较成熟 , 并且实现了商业 化生产的 AHSS 主要是 DP 钢 、 TRIP 钢 、马氏体钢 、 CP 钢和 FB 钢 , HF 钢 、 TWIP 钢 、 PFHT 钢和 NANO 钢大都 处于研发阶段 。 下面简要介绍一下这些钢的特性和 用途 。 1. 1 DP 钢 DP 钢的显微组织主要是铁素体和马氏体 , 马氏 体以岛状分布于铁素体基体中 , 马氏体的含量在 5 % ～ 20 %, 钢的强度随马氏体含量的增加不断提高 。 强 度范围一般为 500 ～ 1 000MPa 。 DP 钢具有屈服强度 低、 初始加工硬化指数高 、 高的烘烤硬化性能 、 无屈服 延伸和室温时效 、 高的能量吸收能力等特点 , 较好的 实现了强度和成形性能的匹配 。 主要用于汽车结构 件、 安全件和加强件 , 如车轮 、保险杠 、 横梁 、纵梁 、座 椅导轨等零件 。 1. 2 TRIP 钢 TRIP 钢的显微组织主要铁素体 、贝氏体和残余 奥氏体 , 因此也称残余奥氏体( RA) 钢 。 残余奥氏分 布在铁素体和贝氏体的基体中 , 含量在 5 % ～ 15 %, 马氏体和贝氏体等硬相以不同的含量存在 。 强度范 围一般为 600 ～ 1 000MPa 。 与 DP 钢 相比 , TRIP 钢具 有更高的延伸率 , TRIP 钢的初始加 工硬化指数虽然 小于 DP 钢 , 但在很长应变范围内仍保持较高的加工 硬化指数 , 因此特别适合用于拉胀成 形 。 TRIP 钢也 主要用于汽车结构件 、 安全件和加强件 , 如座椅结构 、 横梁 、 纵梁 、 翼子加强件等零件 。 1. 3 马氏体钢 马氏体钢的显微组织主要是板条马氏体 , 强度范 围一般为 900 ～ 1 500MPa , 是目前商业化 AHSS 中强 度级别最高的钢种 。 马氏体钢的成形性较差 , 主要用 于成形要求不高的车门防撞杆等 零件 , 代替 管状零 件 , 降低制造成本 。 1. 4 CP 钢 CP 钢也称多相( MP) 钢或部分马氏体钢( PM ) ,其 显微组织主要是铁素体 、贝氏体和马氏体 , 少量的马 氏体分布在细小的铁素体和贝氏体基体中 。 另外 , 还 可以通过析出强化进一步进行强化 。 强度范围为一 般为 800 ～ 1 000MPa 。 与 DP 钢相比 , 在相同抗拉强度 的情况下 , CP 钢具有较高的屈服强度 。 CP 钢的特点 是具有高的能量吸收能力和高的残余形变量 , 特别适
用于要求良好抗冲击性能的零件 , 如车门防撞杆 、保 险杠和 B 立柱等安全零件 。 1. 5 FB 钢 FB 钢也称高扩孔 ( HHE) 钢 , 其显微组织 主要是
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铁素体和贝氏体 , 这种钢在具有高强度的同时兼有优 良的翻边性能 。 强度一般 为 450 ～ 600MPa 。 主 要用 于翻边性能要求较高的汽车结构件 、 悬架件等 。 1. 6 HF 钢 热冲压成形技术是指将坯料加热至奥氏体化 , 然 后在热状态下将坯料冲压成形 , 最后利用模具的冷却 能力将零件淬火成马氏体 。 这项技术在使零件获得 高强度的同时 , 解决了复杂零件几何形状控制和回弹 等难题 。 相对于冷冲压成形板来说 , 热冲压成形用钢 板的成分比较特殊 , 生产时还需要配备专用模具 , 因 此无论在钢板的生产上还是加工上都比较特殊 , 相应 的技术也掌握在少数公司手中 。 这类钢的成分特点 是在 C Mn 钢的基础上添加 20 ～ 50ppm 的硼 , 因此 也称为含硼钢 。 1. 7 TWIP 钢 TWIP 钢是一种具有高强度 、 高塑性 、 高吸收能的 钢材 , 是近几年国外研究的热点钢种之一 。 TWIP 钢 在室温下的显微组织是稳定的残余奥氏体 , 但是如果 施加一定的外部载荷 , 由于应变诱导产生机械孪晶 , 会产生大的无颈缩延伸 , 显示非常优异的机械性能 , 在具有高强度的同时兼有高延伸率和高加工硬化指 数 。 TWIP 钢的强度可以达到 800MPa 以上 , 延伸率可 以达到 60 % ～ 95 %, 30 %应变 时 的 n 值可 以 达 到 0. 55 。 1. 8 PFHT 钢 二次成形热处理是指将冲压成形后的零件固定 在特定的装置上 , 然后进行感应加热 , 最后进行水淬 , 以达到硬化材料和固化形状的目的 , 是一种既提高零 件强度又改善零件几何形状精度的工艺 , 零件的强度 一般为 900 ～ 1 400MPa 。 1. 9 NANO 钢 NANO 钢指用纳米尺度( <10nm ) 级的析 出物来
2000 年德国钢铁工程师协会制定了该协会的标 准 SEW097 1 和 SEW097 2 , 在此基础上 , 欧洲标准 化委员会( CEN) 于 2002 年又发布了 prEN 10336 , 显示 了欧洲希望尽快统 一 AHSS 技术要求的愿望 。 尽管 该标准还处于草案阶段 , 但已被广泛使用 , 对于规范 和引导欧洲 AHSS 的 生产和 发展发 挥了重 要作用 。 可以预见 , 经进一步完善后 , 该标准不久后将正式发 布实施 。 SEW 097 1 是热轧钢板标准 , SEW 097 -2 是冷 轧钢板 、电镀锌钢板和热镀锌钢板标准 , 各钢号的化 学成分和力学性能分别列于表 2 和表 3 中 , 两个标准 中只包含 DP 钢 。 prEN 10336 是热镀锌钢板和电镀锌 钢板标准 , 包含了 DP 钢 、 TRIP 钢和 CP 钢 3 个钢种 , 各钢号的化学成分和力学性能分别列于 表 4 和 表 5 中。 SEW097 -2 包含 6 个钢号 , 其中 H260X 、 H300X 和 H340X 已被 纳 入 prEN 10336 , 分别 相 当 于 prEN 10336 中 的 HT450X 、 HT500X 和 HT600X 。 H270X 、 H310X 和 H380X 因 用途特 殊没有被 EN 标准采用 。 另外 , CEN 还根 据 实 际情 况 在 prEN 10336 增 加 了 HT800X 和 HT1000X 两 个 DP 钢以及 各强度 级别 的 TRIP 钢和 CP 钢 , 这样构成了一个比较完整的产品系 列。
强化铁素体基体 , 从而提高钢的强度的一种钢 。 这种 钢的特点是屈强比高 、延伸率和扩孔率的匹配性好 , 强度一般在 700 ～ 800MPa 。 2 AHSS 标准概况
目前国外使用的 AHSS 标准可以划分为 3 类 , 第 1 类是国际先进标准 , 如欧洲标准( EN) 、美国试验与
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冶金标准化与质量 第 44 卷
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冶金标准化与质量 第 44 卷
国外汽车用先进高强度钢板及其标准综述
徐宏伟
( 上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200030)
摘 要 :简要介绍了 9 种先进高强钢的特点和用途以及国 外先进 高强钢 标准的 概况 , 重点分 析了欧 洲 、美 国 和日本先进高强钢标准的特点和标准间的异同 。 针对我国的现状 , 提出了先进高强钢的发展设想以及先进高 强钢国家标准的制定原则和实施方法 。 关键词 : 先进高强钢 ; AHSS ; 标准 中图分类号 : TG335 . 5 文献标识码 : B 文章编号 : 1003 -0514( 2007) 02 -0008 -06
材料协会( ASTM) 和日本工业标准( JIS) ; 第 2 类是行 业标准 , 如德国钢铁工程师协会标准 ( SEW) 、美国汽 车工程师协会( SAE) 标准和日本钢铁联盟标准( JFS) , 第 3 类是钢铁企业的企业标准和汽车厂的采购标准 。 第 1 类和第 2 类标准属于公开发行的标准 , 而第 3 类 标准中除了通用汽车公司标准 ( GM) 、福特汽车公司 标准( FORD) 等少数标准公开发行外 , 大部分标准是 不公开的 。 本文主要介绍通用 性较高的第 1 和第 2 类标准 , 表 1 是这两类标准的汇总表 。
表1
国别 标准号 欧洲 prEN 10336 : 2002
此有些产品目前还没有标准 , 如 TWIP 钢 、 HF 钢 、PFHT 钢 、 NANO 钢 。 表 1 所列的标准中包含了 DP 钢 、 TRIP 钢 、马氏 体钢 、CP 钢和 FB 钢 等相对 成熟的 产 品。 3 欧洲 AHSS 标准
Summary of advanced high strength steel sheet and it' s standards in abroad
XU Hong -wei ( School of Mechanical Engineering , Shanghai Jiao Tong University , Shanghai 200030 , China) Abstract : Briefly introduce the characteristics and applications of 9 advanced high strength steel ( AHSS) , summary the AHSS standards in abroad , mainly analyze the similarities and differences of AHSS standards used in Europe , America and Japan .Aiming at Chinese current situation , the developing prospect of AHSS , development principle and implementing method of AHSS national standards are given . Key words :advanced high strength steel ; standard
相( CP) 钢、 铁素体 +贝氏体 ( FB) 钢 、热成形 ( HF) 钢、 孪晶诱导塑性( TWIP) 钢 、二次成形热处理( PFHT) 钢 和纳米( NANO) 钢。 目前国内传统高强钢的品种和质量与国外的差 距不大 , 相应的国家标准已由宝钢负责制定完成 。 但 是 AHSS 与欧美日等发达国家和地区还有差距 , 使用 的标准也主要是这些国家和地区制定的标准 。 近几 年 , 我国汽车工业的发展非常迅猛 , 整体技术水平有 了很大的提高 , AHSS 的应用也大幅度增加 , 这有利地 促进了国内 AHSS 的开发和生产 。 目前 , 宝钢 、鞍钢 、 武钢等主要钢铁企业都在积极开发 AHSS 。 其中 , 宝 钢的 AHSS 已形成了一定的批量生产能力 , 并负责制 定了冷轧 DP 钢国家标准 。 因此全面了解国外 AHSS 标准的现 状并 准确把 握其发 展方向 对于指 导国 内 AHSS 的开发和生产将起到很好的作用 , 同时可为制
0 前言 随着能源和环境问题的日益突出以及人们对安 全的更加关注 , 社会对汽车提出了低油耗 、低( 无) 污 染、 高安全的要求 。 由于高强度钢板( 以下简称高强 钢) 是解决上述问题的有效手段 , 国外主要钢铁企业 都投入大量人力和物力进行开发研究 , 并且开展了一 系列的国际合作 , 如 ULSAB 、 ULSAC 、 ULSAS 、 ULSAB AVC 等项目 。 以 ULSAB -AVC 项目为例 , 汽车结构 几乎全部使用高强钢 , 其 中先进高强钢的比 例超过 80 %。 国际钢铁协会( IISI) 先进高强钢应用指南第三 版中将高强钢分为传统高强钢 ( Conventional HSS) 和 先进高强钢( AHSS) 。 传统高强钢主要包括碳锰( CMn) 钢、 烘烤硬化( BH ) 钢 、高强度无间隙原子( HSS IF) 钢和高强度低合金 ( HSLA) 钢; AHSS 主要 包括双 相( DP) 钢、 相变诱导塑性( TRIP) 钢、 马氏体( M) 钢 、复