国外汽车用先进高强度钢板及其标准综述

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。

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:TG 335.5　文献标识码:B 文章编号:1003-0514(2007)02-0008-06

Summary of advanced high strength steel sheet and it ’s standards in abroad

X U H ong -wei

(School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiao T ong University ,Shanghai 200030,China

)Abstract :Briefly introduce the characteristics and applications of 9advanced 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.K ey w ords :advanced high strength steel ;standard

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U LS AB 、U LS AC 、U LS AS 、U LS AB -AVC 等项目。以U LS AB -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(C onventional HSS )和先进高强钢(AHSS )。传统高强钢主要包括碳锰(C -Mn )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(HS LA )钢;AHSS 主要包括双相(DP )钢、相变诱导塑性(TRIP )钢、马氏体(M )钢、复

相(CP )钢、铁素体+贝氏体(F B )钢、热成形(HF )钢、

孪晶诱导塑性(T WIP )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

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F B钢,HF钢、T WIP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500～1000MPa。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。

1.2TRIP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600～1000MPa。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900～1500MPa,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。

1.4CP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800～1000MPa。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。

1.5F B钢

F B钢也称高扩孔(HHE)钢,其显微组织主要是铁素体和贝氏体,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。

1.6HF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。

1.7T WIP钢

T WIP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。T WIP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。T WIP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。

1.8PFHT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900～1400MPa。

1.9NANO钢

NANO钢指用纳米尺度(<10nm)级的析出物来强化铁素体基体,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。

2AHSS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(E N)、美国试验与