第三代汽车钢的组织与性能调控技术

第三代汽车钢的组织与性能调控技术

董瀚，曹文全，时捷，王存宇，王毛球，翁宇庆

中国钢研科技集团公司钢铁研究总院

先进钢铁材料技术国家工程研究中心，北京100081

摘要：本文介绍了第三代汽车钢的基础研究与工业试制工作。对国内外高性能汽车钢的进行了回顾总结，在以“多相（Multi-phase）、亚稳（Meta-stable）、多尺度（Multi-scale）”（简称M3）为特征的组织调控理论的指导下，提出了高强塑积第三代汽车钢的超细晶基体与亚稳相的组织调控思路，采用了新型中锰合金化和逆转变奥氏体(austenite reverted transformation, ART)退火的技术思路。详细介绍了第三代汽车钢的基础研究进展及工业试制结果，内容包括奥氏体逆转变退火机理、超细铁素体与亚稳奥氏体的双相形成规律、高强塑积汽车钢的力学行为及其强塑化机理、第三代汽车钢的工业试制流程及其服役性能和在汽车的应用技术与前景。本文介绍的研究结果形成了以高强度和高塑性为特征的高塑积第三代汽车钢的原型钢技术，为汽车轻量化与碰撞安全性能的提高奠定了材料技术基础。

关键词: 第三代汽车钢，M3组织调控，逆转变退火，超细晶组织，高强塑积On the Microstructure and Performence Control Technology of

the 3rd Generation Auto Sheet Steels

DONG Han, CAO Wenquan, SHI Jie, WANG Maoqiu, WENG Yuqing

National Engineering Research Center of Advanced Steel Technology

Central Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081

Abstract: The fundamental research and industry trials of the 3rd generation automobile steels was introduced in this paper. Motivitated by the theory of microstructure control characterized by Multi-phase, Meta-stable and Multi-scale(called M3 simply), summary and review of the home and abroad automobile steels were carried out, which led to the idea microstructure controlling characterized by ultrafine grained matrix and metastable austenite phase and the approaches of medium manganese alloying and austenite reverted transformation annealing for the research and development of the 3rd generation automobile steel. The fundamental research and industry trials were introduced in details, which included

the mechanism of austenite reverted transformation, microstructure evolution of the ultrafine grained ferrite and austenite dualphase structure, mechanical behaviors and ductility-enhancing mechanism, industry trial process, service performance and application technologies and prospects of the 3rd generation steels. It was concluded that this study forms the prototype technologies of the third generation automotive sheet steel, which provides the theorical and technological basement for the weightlightening and safety-improvement of the automotive steels in materials aspect.

Key words:third generation automobile steels, M3typed microstructure control, ART-annealing, high product of strength to ductility

1、高强度汽车钢需要改善塑性

汽车的发展方向是轻量化、降低燃油消耗、减少排放和提高安全性[1-6]，从而对占汽车质量70%左右的汽车钢也提出了更高的要求，带动了汽车钢的发展。有研究报道，汽车钢（本文汽车钢特指汽车薄板钢）的平均屈服强度经过仅仅10年的发展，从1994年的约170MPa已经增加到2005年的约300MPa，而且未来会向更高强度的方向发展[7]。可以说，目前汽车上大量应用的一些汽车钢在10年前还没有出现。由于汽车钢的生产和应用数量较大，汽车钢的技术发展日新月异，所以汽车钢的数量和技术水平从一定程度上代表了一个国家的钢铁工业发展水平。

表1给出了北美学者的一个研究报告。该报告认为，20世纪80年代汽车厂家主要考虑汽车钢的成本、成形性能和耐腐蚀性能，这对应着当时的IF钢和镀锌钢板；90年代主要考虑汽车钢的成本和碰撞安全性，当时汽车钢的代表主要是HSLA钢、C-Mn钢和BH钢。21世纪初的前10年主要考虑汽车钢的成本、节能和碰撞安全性，这时的汽车钢代表为DP钢、TRIP钢和热成形钢。而未来的10年人们将主要考虑如何提高汽车钢的碰撞安全性、节能效果与成本，人们预计未来的汽车钢将是同时具有高强度和高塑性的新一代汽车钢[8]。

表1 汽车主要设计目标、关键性能特点与研发的相应汽车钢类别

Table1 The key design, key properties and corresponding steels used in automobiles

年代主要设计目标关键性能特点对应研发钢类别

1980 造价/成型/耐蚀刚度IF钢、镀锌板