汽车用高强钢有新进展

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分类：国际新闻

创建于2013年7月11日星期四10:14

最后更新于2013年7月11日星期四10:14

作者：Super User

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浦项制铁技术研究实验室 Young Sool Jin 郭金宇译

在现在和未来的汽车上，汽车的减重成为减少CO2排放和降低燃油消耗的关键手段。同时，复合动力车和电动车更加要求车身减重。包括有色金属在内的轻量化材料中，从技术和经济性的观点来看，先进高强钢是最有应用前景的汽车用材料。根据调查，先进高强钢在汽车用钢的比例将从2009年的7%增加到2020年的28%~36%，特别是在亚洲国家，比例将更高。此外，在未来的白车身和覆盖件上，铝合金的用量也将大幅度增加。考虑到未来的应用前景，钢铁行业应加快先进高强钢和相关应用技术的研究与发展。

多种高强钢物尽其用

为了满足汽车工业在提高安全性、燃油经济性、耐用性和舒适性等方面的要求，钢铁企业开发了多种钢材并应用在车身结构上，更加先进的新型汽车用钢也正在加紧研发中。强塑积小于25000MPa%的汽车用钢已经广泛应用在汽车行业，如IF钢、HSLA（高强低合金）钢、传统的先进高强钢（AHSS）如DP（双相）钢、TRIP（相变诱导塑性）

钢、CP（复相）钢、马氏体钢和HF（热冲压成形）钢。另外两组钢，分别称为超高强度先进高强钢（X-AHSS）和超高强度先进高强钢

（U–AHSS），具有优越的强度和塑性平衡，强塑积大于25000MPa%，被称为下一代汽车用钢。而这些先进高强钢的微观组织包括铁素体、贝氏体、马氏体和残余奥氏体等组织。那么，传统先进高强钢有何最新发展，下一代先进高强钢的研发进展如何？附表总结了浦项制铁先进高强钢的研发情况。

热轧先进高强钢。为了得到性能优异的热轧双相钢、铁素体-贝氏体钢和TRIP钢，在工艺过程中需要优化钢种的成分、轧制工艺和冷却速率。总的说来，热轧终轧温度大于Ar3点，冷却过程采用2步法进行控制。中间的冷却温度和空冷时间会对铁素体转变行为产生影响，如铁素体的体积、形态，以及未转变奥氏体的富碳情况。热轧卷最终的卷曲温度会对产品的微观组织产生影响。

采用低C-Mn-Si的成分体系，590MPa级和780MPa级DP钢的卷曲温度设定在马氏体转变温度以下，冷却后直接得到铁素体和马氏体组织。980MPa级DP钢采用低C-Mn-Si-Cr的成分体系，卷曲温度在马氏体转变温度以上。通过添加Cr提高钢卷的淬透性，残余奥氏体在卷曲后转变为马氏体。双相钢主要用在要求良好强度和塑性平衡以及低屈服强度的车轮和汽车悬挂件等零部件上。

为了得到扩孔性能优良的FB钢（铁素体-贝氏体双相钢），减小基体和第二相之间的碳含量和硬度的差别是至关重要的。低C-Mn系590MPa级、低C-Mn-Si系的780MPa级和980MPa级FB钢的卷曲

温度在贝氏体转变温度以下，用来抑制出现马氏体和粗大的渗碳体。FB 钢具有优异的扩孔性能、高屈强比和在焊接区域硬度变化小的特点。TRIP钢采用C-Mn-Si-Nb的成分体系，热轧后的780MPa级TRIP钢卷曲温度在贝氏体转变温度以下。在终轧后和水冷前，钢卷会在铁素体区停留几秒钟，这时碳会从铁素体中扩散出来进入到未转变的奥氏体区。如果富碳不足，在TRIP钢冷却过程中会出现马氏体。由于TRIP 效应，TRIP钢具有良好的成形性能，但由于焊接性能不如DP钢，TRIP 钢并没有广泛应用。

冷轧和退火的先进高强钢。DP钢具有良好的强度和塑性平衡和低屈强比的特点，广泛应用于汽车车身。相比于TRIP钢，DP钢由于碳含量低，因此具有良好的焊接性能。在热镀锌过程中，相比于TRIP 钢，DP钢具有更好的表面质量。DP钢应用在汽车外板正成为一种趋势。然而，低r值和表面质量因素却限制了DP钢在汽车外板和内部深冲件的应用。由于DP590具有高抗凹性，近期浦项进行了DP590用于汽车外板的试验，将汽车板厚度由0.7mm减小到0.55mm。

TRIP钢具有良好的成形性能，其延伸率要明显大于相同强度级别的DP钢。然而，硅元素的添加会降低钢板的表面质量和焊接性。研究人员采用了很多方法去解决上述问题，如：采用铝代硅的合金成分体系、退火过程中采用预氧化、添加推迟氧化的元素和降低碳含量等。抗拉强度为1180MPa的CP钢具有高屈复强度和高冷弯性能，主要应用在汽车车身的加强件上。由于在退火过程中抑制了铁素体转变，CP钢主要含有贝氏体、少量的铁素体和马氏体。由于钢中碳和硅含量低，CP

钢具有良好的点焊性能和镀锌性能。冷轧和热镀锌马氏体钢也已经研发出来并主要应用在汽车前端的安全件和防撞件上。

热冲压成形钢。浦项开发了新的具有高锰氮成分体系的热冲压成形钢。这种钢的优点是可以在较低的加热温度（850℃）下完全奥氏体化，并且在冷却过程中能够完全转变为马氏体，相比于传统的22MnB5钢，其完全奥氏体化温度为880℃。该钢种的冲压温度要大于850℃，如果加热温度低于850℃或者说加热温度低于完全奥氏体化温度，三点弯曲的断裂角度就会明显下降，这是因为应力会在残余铁素体中集中。

热冲压成形钢的应用范围很广，并且需要表面镀锌。然而，锌基涂层在热冲压过程中容易氧化和蒸发，并且容易发生断裂。浦项开发了一种新的含Zn涂层来解决上述问题。新涂层的特征是在加热过程中能够形成稳定的Fe-Zn，合金层中富Zn的区域很小。形成的涂层在热冲压过程中也不会出现液态金属脆性敏感的问题。新研发的合金涂层在热冲压过程中在基板上不会出现裂纹。

表1 浦项先进高强钢的研发状态○实验室开发, ●商业供货

超高强度钢更追求轻量化

超高强度钢（X–AHSS）和轻量化钢。被称为超高强度钢的第二代汽车用钢，其强塑积大于25000MPa%，近年来吸引了广泛的关注。所有的研究都是利用残余奥氏体向马氏体相变的方法来得到高的延伸率。人们通过添加锰和碳元素来得到足够的奥氏体，在连退过程中的部分逆转变也被采用。在逆转变过程中，锰和碳在奥氏体中的偏聚增加了奥氏体的稳定性。通过将退火温度精确控制在Ac1和Ac3之间，我们可以得到晶粒尺寸在200nm~500nm的铁素体和奥氏体。残余奥氏体的数量约为20%~30%，抗拉强度在1033MPa~1389MPa，延伸率在27.5%~28.8%，强塑积在28408MPa%~40003MPa%之间。

轻重量钢主要是指含有Mn和Al的成分体系为

Fe-18~28Mn-9~12Al-0.7~1.2C的合金系。Fe-26Mn-11Al-1.15C钢的微观结构为“三相复合结构”，即在奥氏体基体中含有6%~8%的铁素体和纳米尺寸的碳化物。然而，浦项正在研制新型的复相钢，其特征为：