汽车结构用热轧双相钢的生产现状及发展趋势

表１北美部分钢铁企业生产的热轧双相钢的化学成分及性能
表２欧洲部分钢铁企业生产的热轧双相钢的化学成分及性能
表３
日本部分钢铁企业生产的热轧双相钢的化学成分及性能
北美和欧洲的热轧双相钢具有较高的合金含
要特点，降低了钢中Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等贵重合金的含 量，具有明显的成本优势。新日铁公司用“双相轧
制工艺”生产出低合金Ｓｉ—Ｍｎ热轧双相钢；川崎
Ｐｒｏｄｕｃｔｉ０ⅡＳｉｔｕａｔｉ蚰柚ｄ
Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ ＳｔｅｅＩ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ＳｔｒｕｃｔｕＩ．ｅ
ＬＩ Ｃｈｅｎｇ—ｎｉｎｇ，ＹＵＡＮ Ｇｕｏ，ＺＨｏＵ Ｘｉａｏ—ｇｕａｎｇ，ＫＡＮＧ Ｊｉａｎ，ＬＩ
Ｚｈｅｎ—Ｉｅｉ，ＷＡＮＧ Ｇｕｏ－ｄ。ｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉ。ｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌ。ｐｍｅｎＬ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｔ—ｒｏＵｅｄ ＤＰ ｓｔｅｅｌ ｉｎ“ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｃｏｌｄ ｂｙ ｈｏｔ ｒｏｌＩｅｄ ｏｎｅ”ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐＩｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｕｃｅｄ． ｓｃｒｉｂｅｄ． Ｔｈｅ
ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｗｅｒｅ ｄｅ—
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｈｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒｔｓ ａｎｄ
ｐｍｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ， ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
双相钢（Ｄｕａｌ
Ｐｈａｓｅ
２热轧双相钢在汽车结构件中的应用
２．１汽车工业中的“以热代冷”
Ｓｔｅｅｌ，简称ＤＰ钢）组织
在汽车工业使用的板带材中，冷轧板和各类 镀层板仍占主导地位，用量约占９０％［５］。随着控 轧控冷技术的发展及市场竞争的需要，热轧板已 逐渐取代了部分冷轧板制作汽车结构件，如车身 结构件、车架、刹车盘和车轮等。采用热轧板制作
米塔尔公司、蒂森克虏伯公司、浦项公司、塔塔公
司等均已开发出强度级别为５００～７００ＭＰａ的热 轧双相钢，我国７８０ＭＰａ级热轧双相钢也正在研
防撞加强构件、悬架构件、侧边梁和Ｂ柱、车底纵
梁、后底板纵梁、车顶支架和Ａ柱。这类零件要
求材料具有高强度、高成形性能、高竹值、高ｒ值、
良好的烘烤硬化性能和焊接性能等。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１００４０３７），中央高校基本科研业务费专项资金资助（Ｎ０９０３０７００２）
作者简介：利成宁（１９８６一），男（壮族），广西钦州人，博士研究生。
万方数据
第２９卷・第５期
利成宁等：汽车结构用热轧双相钢的生产现状及发展趋势
・３９・
高强度钢采用固溶强化、沉淀强化提高钢板强度 的同时却损坏了其塑性，给构件成形带来了困难。
钢种的用量情况，高强钢占所用材料的９７％，其 中先进高强度钢的比例占８０％以上，双相钢的比 例高达７４％［４］。
增强材料不断涌入汽车制造业之中［１］，然而轻合
金的昂贵成本和纤维增强材料、塑料的低回收利
用率，使得钢铁材料仍占据着汽车用材的主导地 位。近年来，高强钢（ＨＳＳ）和先进高强钢（ＡＨ— ＳＳ）在汽车上的使用比例还呈逐年上升趋势。
下得到不同比例的铁素体和马氏体组织，最终控
制双相钢的组织和性能。２００３年两班牙的ＡＢＣ 公司首次在ＣＳＰ生产线成功生产出Ｃ．Ｍ小Ｓｉ—Ｃｒ
系ＤＰ６００［“。
组试制出ｓｉ—Ｍｎ系６００ＭＰａ级热轧双相钢［”］，热
轧ＤＰ７８０也正在研发当中。
日本的热轧双相钢以低合金含量（低碳Ｍｎ— Ｓｉ钢或Ｍ旷ｃｒ钢）和低温卷取（Ｍｓ点以下）为主
ｃｏｓｔ
ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ． ｓｔｅｅｌ； ｈｏｔ ｒｏＵｉｎｇ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ；
１
前言 ห้องสมุดไป่ตู้汽车轻量化的推动下，轻合金、塑料和纤维
安全性与节能性［ｚ’３］。图１为国际钢铁协会的超 轻钢车身一先进概念车（ＵＬＳＡＢ—ＡＶＣ）计划中各
车身结构用钢最早采用低碳钢，随后为了提
高汽车结构强度、减轻质量、降低油耗，采用低合 金高强度钢（ＨｓＬＡ）代替传统的低碳钢。低合金
图２热轧双相钢生产工艺
ａ）低温卷取工艺；ｂ）中温卷取工艺
万方数据
・
４０・
轧
钢
２０１２年１０月出版
发当中。 ３．１国外发展概况 在双相钢的开发与应用方面，北美、欧洲、亚
洲的日本一直处于前沿，其典型的化学成分及性 能分别见表１～表３［７’８］。
到普碳钢的２倍［６１；意大利特柯赛德公司用ＤＰ
钢制造菲亚特ＢＩ汽车车轮，其疲劳寿命提高到普 通钢的１～２倍。国内生产的北京吉普车、Ｃｈｅｒｏ—
ｋｅｅ吉普车和宝来汽车也有用热轧双相钢制作车 轮的例子。
３热轧双相钢生产应用现状
热轧双相钢的研究始于１９７８年，Ｃｏｄｒｅｎ和 Ｔｉｔｈｅｒ通过控制终轧温度和卷取前的冷却速率获
低零件冲压过程中对模具的磨损和回弹量，而且 可缩减钢板生产过程中的冷轧、退火、重卷等工 序，使生产周期和成本大为降低。因此，开发可直 接用于汽车制造的热轧产品和工艺，即以热轧＋ 酸洗甚至是直接热轧的方式开发出满足用户外形 尺寸、表面质量和性能要求的冷轧原料替代产品， 可实现用户和生产企业的双赢。 热轧双相钢因具有成本低、生产过程简便、生 产规模大及综合性能良好等优点，受到国内外广 泛关注。当前工业生产或试制出的热轧双相钢强 度级别已达到５００～８００ＭＰａ，而且其成形性能、 焊接性能和疲劳性能也能很好地满足部分汽车结 构件的要求。现代热轧生产线对轧制过程和轧后 冷却的控制更为精确，热轧板的板形和表面质量 得到很大提高，基本可满足汽车车身结构件、安全 构件和车轮的制作要求。特别是薄板坯连铸连轧 生产线上采用的半无头轧制技术可使生产过程处 于恒稳状态，显著提高了带卷全长组织性能的均 匀性及尺寸和形状精度的稳定性。因此，通过直 接热轧法生产汽车结构用双相钢是可行的。热轧 双相钢的研发还可带动“以热代冷”产品的开发与 应用，减少能源消耗和环境污染，对汽车工业的发 展和社会的进步都有积极的意义。 ２．２车身结构件上的应用 车身结构件（或白车身一ＢＩＷ）为结构复杂的 冲压件，它既和汽车碰撞安全有关，又与汽车轻量 化密切相关。典型的车身结构件有车底十字架、
结构件，不但可以避免冷轧后的钢材加工硬化，降
由铁索体（Ｆ）和马氏体（Ｍ）构成，其具有优异的 力学性能；良好强塑性、低屈强比、高初始加工硬 化率、良好烘烤硬化性能及抗疲劳性能等，因而满 足了汽车多种部件的应用条件。尤其是其所具有 的高强度可使汽车重量减轻，从而兼顾了汽车的
收稿日期：２０１１—１０—０８
热轧双相钢的生产稳顺性、组织性能稳定性、成品的板形和表面质量，将是实现汽车结构用低成本热轧双相钢
开发生产的重要研发方向。 关键词：双相钢；热轧；汽车结构件；化学成分；力学性能；生产工艺 中图分类号：ＴＧ３３５．５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３～９９９６（２０１２）０５一００３８一０６ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｏｔ－ｒｏＨｅｄ
得了双相钢，并将其命名为“轧制双相钢”
（ＡＲＤＰ）。热轧双相钢主要有两种生产方式，一
是对于低合金含量的ｃ—Ｍｎ—Ｓｉ系钢，可快冷至Ｍ。
温度以下再进行卷取（图２ａ）；二是对于合金含量 较高的Ｃ—Ｓｉ—Ｍｎ—Ｃｒ－Ｍｏ系钢，热轧后将钢板冷却
至奥氏体亚稳区进行卷取，之后再缓冷至室温最
终获得Ｆ＋Ｍ双相组织（图２ｂ）。国外的阿塞洛一
ｓｔａｂｉ“ｔｙ，ｓｔｒｉｐ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｈｏｔ＿ｒｏｌｌｅｄ ＤＰ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ Ｋｅｙ ｗｏｒｃｂ：ｄｕａｌ ｐｈａｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ
ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ
ｓＩ。Ａ制
”ｏ
为了解决此类问题，同时兼顾强度和塑性的ＤＰ 钢不断应用到车身结构件的制造中。相对于汽车 面板，车身结构件对钢材的强塑性要求较高而表 面质量要求略低，因此未来有望采用热轧ＤＰ钢 取代低合金高强度钢、含Ｐ钢、烘烤硬化钢和高
图１
ｕＬｓＡ弘ＡＶＣ车体结构用钢比例
强度ＩＦ钢来制作汽车结构件。 ２．３非车身结构件上的应用
制造重型卡车横梁、尾板等；并于２００７年开发出 厚度为４～１１ｍｍ的５９０ＭＰａ级低成本Ｃ—Ｍｎ系
热轧双楣钢。北京科技大学在实验室试制出
６００、７００ＭＰａ级热轧双相钢。北科大研究的热轧 双相钢以Ｃ－Ｓｉ—Ｍｎ—Ｃｒ及Ｃ—Ｓｉ—Ｍｎ—Ｍｏ系为代表，
并以中温卷取为主口８删。燕山大学采用控轧控冷
工艺获得了双相耐候钢，其性能优于传统 ０９ＣｕＰＣｒＮｉ耐候钢［１９Ｊ。
非车身结构主要包括悬挂件／底盘和车轮等。 此类零件为形状复杂的运动旋转件，要求钢材既 要有高的扩孔性、优良的延展性和良好的焊接性 能，也要具有较高的强度和疲劳性能。 目前５４０～６００ＭＰａ的热轧双相钢已用于轮 辐和轮辋的制作，并表现出良好的减重效果和低 成本性。通用汽车公司和福特汽车公司已用ＤＰ
钢制造轮辐，除质量减轻１１％外，疲劳寿命也达
量，以克里马克斯钼公司开发的ＤＳｉ—Ｍｎ—Ｃ卜Ｍｏ 系双相钢为代表，因添加了较多的合金元素，故可 采用中温卷取工艺生产。意大利特柯赛德公司生
产的ＨＳ５５—２５Ｄｕａｌ热轧双相钢用于制作菲亚特
制铁公司开发了具有良好成形性能的ＴｉＮ沉淀 强化铁素体基体的热轧双相钢。
３．２国内发展概况
１３１汽车车轮，车轮实物疲劳试验由普通钢的循 环次数６５０００次提高到６５００００次。法国尤西诺 的Ｕｓｉｌｉｇｈｔ８０热轧双相钢已用于制造车轮及其他 复杂形状的冲压结构件。欧洲煤钢共同体ＥＣＳＣ
ｒ０１ｌｅｄ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｈｅｅｔ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｔ
ｈｏｔ—ｒｏＩｌｅｄ ＤＰ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｄｙ
ａｎｄ
ｗｈｅｅｌｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏ—
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｉｎ ＤＰ
ｔｏ
ｓｔｅｅｌｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ
依托所开发的超快速冷却技术，采用层流冷却＋ 超快速冷却技术生产的双相钢可在同一化学成分
目前我国可生产的热轧双相钢覆盖了５４０、 ５９０、６４０ＭＰａ强度级别，表４为我国部分钢厂生 产或试制的热轧双相钢的化学成分及性能。
宝钢最早于１９９２年试轧了厚度为２．７５ｍｍ 和４．ＯＯｍｍ的热轧双相钢，用于北京吉普车的车 轮生产；目前，５９０ＭＰａ级热轧双相钢已实现商业 化生产。２００９年，宝钢通过密集水冷＋空冷＋水 冷＋低温卷取的冷却模式，成功地在１８００ｍｍ机
轧
・
钢
２０１２年１０月・第２９卷・第５期
ｏｃｔ．２０１２ Ｖ０１．２９ Ｎｏ．５
３８
・
ＳＴＥＥＬ ＲＯＬＬＩＮＧ
・综
述・
汽车结构用热轧双相钢的生产现状及发展趋势
利成宁，袁 国，周晓光，康 健，李振垒，王国栋
（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳１１０８１９） 摘要：介绍了热轧双相钢在汽车板“以热代冷”进程中的发展情况、国内外主要热轧双相钢产品的化学成分 和性能，及其在车身结构及车轮上的应用情况，同时指出，依托短流程薄规格生产工艺技术优势，进一步提高
ｃ—Ｍｎ－ｓｉ系合金成分更适合试制低成本５８０ＭＰａ
万方数据
第２９卷・第５期
乖ｊ成宁等：汽车结构用热轧双相钢的生产现状及发展趋势 表４国内部分钢厂生产或试制的部分热轧双相钢的化学成分及性能
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武钢研制的ＲＳ５０和ＲＳ５５热轧双相钢，强度 级别分别为４９０ＭＰａ和５４０ＭＰａ，用于制造Ｃｈｅｒ— ｏｋｅｅ吉普车的车轮和东风卡车车身的横梁。另 外，ＲＳ６０热轧双相钢，已批量供应一汽四环车轮 有限公司用于生产宝来车轮。２００９年，武钢采用 ｃ—Ｍｎ—Ｃｒ和Ｃ－Ｍｎ—ｓｉ两种成分在ＣＳＰ线上进行 了试制，产品的抗拉强度均在５８０ＭＰａ以上，认为