汽车用先进高强度钢的特点和生产工艺

汽车用先进高强度钢的特点和生产工艺

发表时间：2018-11-07T09:37:30.243Z 来源：《防护工程》2018年第17期作者：刘振广王娜斌徐飞[导读] 汽车轻量化和安全性对汽车用钢的性能提出了新的、较高的要求

长城汽车股份有限公司徐水分公司河北省保定市 071000 摘要：汽车轻量化和安全性对汽车用钢的性能提出了新的、较高的要求，具体有以下6个方面：优良的成形性能；在保证塑性、延性指标的同时，提高强度降低冲压件重量；良好的表面状态和形貌、严格的尺寸精度；良好的连接性能和保型性能；抗时效性稳定性和油漆烘烤硬化性；耐蚀性能。先进高强度钢，其英文缩写为AHSS（Advanced High Strength Steel），主要包括双相（DP）钢、相变诱导塑性

（TRIP）钢、复相（CP）钢、马氏体（M）钢、热成形（HF）钢和孪晶诱导塑性（TWIP）钢。

关键词：先进高强度钢汽车用钢发明热轧冷轧

前言：迅猛发展的汽车工业更加突显出环保、能源等方面的难题。汽车用高强度钢对汽车工业的发展起着举足轻重的作用，是汽车轻量化的关键材料之一。在未来的数年内，我国汽车工业将会取得更大的发展，对汽车用高强度钢的要求也会越来越多，汽车开发公司需进一步加强与钢铁研究者的合作，这对发展汽车用高强度钢板，促进我国汽车行业发展以及提高我国汽车竞争能力大有裨益。 1高强度板料的特性高强度板料具有很高的抗拉强度、耐冲击性，其抗拉强度是普通材料的3倍甚至更多，因此对汽车的碰撞安全性能非常重要。高强度板料的这种特性对汽车的安全、减重和节能是非常重要的，其效果也是非常明显的。研究结果表明，使用高强度板料，汽车冲压件抗拉强度从220MPa提高到700MPa，材料厚度从1.8mm减小到1.4mm，而材料可吸收冲击能指数则基本保持不变。汽车减重也与材料强度密切相关。研究表明，材料抗拉强度从300MPa左右提高到900MPa左右，汽车减重率则从25%左右提升到40%左右。由此可以看出使用高强度板料已是汽车行业以后发展的趋势。但板料的强度和塑性一般是矛盾的，板料强度的提高必然导致塑性下降。而板料塑性的下降就为冲压件的成型带来了很多问题和难题，回弹就是其中冲压件成型过程中很难避免的缺陷之一。如何预防、减少高强度板料的回弹就成了摆在高强度板料冲压件面前最大的问题。

2 各种先进高强度钢的特点和生产工艺 2.1双相钢（DP）

双相钢组织是在纯净的铁素体晶界或晶内弥散分布着较硬的马氏体或贝氏体（一般在15%），强度与韧性协调很好，兼有高强度和良好的成形性。双相钢生产方法有热轧法和热处理法两种。热轧法是将热轧钢材的终轧温度控制在两相区的某一范围，然后快速冷却，即通过控制最终形变温度及冷却速度的方法获得铁素体+马氏体双相组织。该方法又分为两种：一是常规热轧法，即在通常的终轧及卷取温度下获得双相组织；二为极低温度卷取热轧法，即在Ms点以下进行卷取，以获得双相组织。热处理法是将热轧或冷轧后的钢材重新加热到两相区并保温一定时间，然后以一定速度冷却，从而获得所需要的铁素体+马氏体双相组织。

宝钢发明提供的一种热轧高强度双相钢板，其化学成分设计（按重量百分含量计）为：C：0.10一0.13%，Si：0.85一1.15%，Mn：1.40一1.70%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，Al：0.015一0.035%，N：≤0. 006%，余量为铁和不可避免杂质。

生产过程：转炉吹炼和真空处理→连铸→加热和轧制→轧后进行分段冷却→卷取→空冷。

第一段水冷速度70一100℃/s，快速水冷目的是使材料迅速进入铁素体相区，中间空冷温度控制在620一660℃，空冷时间4一6s，空冷温度和时间的配合是为了获得适量的铁素体组织（体积分数80%左右）和较低的屈服强度，第二段水冷速度要求大于100℃/s，终冷温度≤200℃，第二段水冷的终冷温度优选150一200℃，其目的在于使未相变的奥氏体组织淬火成马氏体组织，提高钢材的抗拉强度。由于生产热轧双相钢的关键是控制热轧后的冷却方式，因此本方法可以通过控制相变组织类型和比例来得到双相钢板所需的性能。

通过该方法制造的钢板：屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率A50≥15%，具有较高的强度、塑型性和成形性，较好的延伸性、焊接性、冷弯性等使用性能 [2]。

2.2相变诱发塑性钢（TRIP）

相变诱发塑性钢是指钢中存在多相组织的钢。这些相通常为铁素体、贝氏体、残余奥氏体和马氏体。在形变过程中，稳定存在的残余奥氏体向马氏体转变时引起了相变强化和塑性增长。为此残余奥氏体必须有足够的稳定性，以实现渐进式转变，一方面强化基体，另一方面提高均匀的伸长率，达到强度和塑性同步增加的目标[3]。

鞍钢发明提供的一种高强塑积TRIP钢板，其化学成分以质量百分比计为：C：0.08%一0.5%，Si：0.4%一2.0%，Mn：3%一8%，P：≤0.10%，S：≤0.02%，Al：0.02%一4%，N：≤0.01%，Nb：0―0.5%，V：0―0.5%，Ti：0―0.5%，Cr：0―2%，Mo：0―1%。

生产过程，冶炼→连铸→热轧→酸洗→冷轧→罩式炉退火。热轧加热温度：1100一1250℃，保温时间为≥2h，开轧温度为≥1100℃，终轧温度850一950℃，卷取温度<720℃，热轧板厚度为2―4mm；如果客户要求钢板厚度在2―4mm之间，也可以不进行冷轧；冷轧累积压下量40%一80%。罩式炉退火：随炉加热，保温温度为：550一750℃，保温时间：1―20h，随炉冷却。得到的冷轧TRIP钢板强塑积大于30GPa%，显微组织中马氏体以面积率计为30―90%，奥氏体以体积率计为5一30%，其余为少量铁素体和渗碳体[4]。

2.3马氏体钢（MART）

马氏体钢的生产是通过高温奥氏体组织快速淬火转变为板条马氏体组织，可通过热轧、冷轧、连续退火或成形后退火来实现，是目前商业化高强度钢板中强度级别最高的钢种。

首钢发明提供的一种热轧马氏体钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.10一0.18%，Si：0. 0l一0. 4，Mn：l.0一2.0，P：≤0.012%，S：≤0.006%，Nb：0.02一0.06%，Ti：0.0l一0.05%，Cr：0.1一0.5%，余量为Fe及其它杂质元素。生产过程：冶炼、铸造，形成钢坯；将所述钢坯加热至1200一1250℃，保温1一2小时；将保温后的钢坯进行热轧；对热轧后的钢坯采用直接冷却工艺，以30一70℃/s的冷却速率冷却到马氏体相变点以下后进行卷取。获得的热轧马氏体钢屈服强度大于1000MPa，抗拉强度达到1200一1320MPa，延伸率8一11%，d=8a冷弯性能良好[5]。