汽车用高强钢的分类
▇ 传统高强钢
传统高强钢以烘烤硬化钢(Bake Hardenable,BH)为主,其力学性能如下图所示。在冲压成型后的烤漆过程中实现强度的提高。冲压过程中的应变硬化程度,对后续烘烤过程中强度的提高有明显的影响。成型过程中的应变硬化,主要是基于形变引起的位错密度的提高。烘烤过程中强度的提高,是基于该过程中原子的扩散导致的对后续位错运动的阻碍。成型方式和成型过程引起的应变量的不同,均会对烘烤硬化效果产生一定的影响。

▇ 典型第一代先进高强钢及其控制技术
第一代先进高强钢以双相钢(Dual Phase,DP)和相变诱导塑性钢(Transformation Induced Plasticity,TRIP)为主。 DP钢,故名思议是由两种相组成,可为铁素体+贝氏体或铁素体+马氏体,其组织示意图如图3所示。铁素体作为软相,保证其具有一定的塑性,易成型;贝氏体/马氏体作为硬相,使其具有合理的强度。

▇ 典型第二代先进高强钢及其控制技术
第二代先进高强钢以挛晶诱导塑性钢(Twinning Induced Plasticity,TWIP)为主。TWIP钢,是基于形变过程中由于奥氏体相的变化,形成的机械挛晶,如下图所示。由于挛晶的形成,可吸收碰撞过程中的能量。其基本成分为18%Mn-3%Si-3%Al,当然随不同部件对各相性能的关注点不同和生产过程中的瓶颈问题,该成分可做出适当的调整。

▇ 第三代先进高强钢的发展
第三代先进高强钢,是基于第一代与第二代高强钢区域之间的空白,开发具有高强高塑性的综合性能优良的品种,如目前国内外的研究热点Q&P(Quenching and Partition)钢。Q&P钢的室温组织为铁素体、马氏体和奥氏体,其设计原理是在淬火到一定温度形成相当数量的马氏体后,存在一个二次加热过程,如图6所示,在该过程实现马氏体内碳原子向残留奥氏体内的扩散,从而提高其稳定性。由此工艺生产的高强钢,其强塑积可远超第一代和第二代先进高强钢。
汽车用钢的发展趋势及研究热点
通过高强钢的应用,车身各部件可以实现减薄的同时不损失强度。在欧美已达成一致,车身结构通过600MPa/40%到1600MPa/20%高强钢的应用,车身重量可以至少减少5-8%,这给此性能范围内各系列高强钢的发展带来了机遇。 对于下一步汽车用钢的发展方向和研究议题,国际NSF组织(National Steel Fabrication)、美国DOE(Department of Energy)能源部、美国AISI钢铁协会(American Iron and Steel Institute)和A/SP(Auto/Steel Partnership),在大学和科研院所等机构提出如下研究领域:
- 先进高强钢的微观组织和机械性能;
- 先进高强钢的碳扩散过程;
- 先进高强钢的粒子尺寸及界面效应;
- 先进高强钢中的纳米针状铁素体型双相钢;
- 高强高塑贝氏体钢;
- 先进高强钢的成型性及回弹行为;
- 先进高强钢的相应模型。
需求会促进相关技术的进步,技术的进步同样会刺激需求的提高。轻量化的大趋势,会促进钢铁界技术的不断进步,从而为更先进钢板的应用创造条件。下一步汽车用钢的发展方向,或者说在当今时期更为理想的汽车钢板材料,应具备如下条件:低碳(高的焊接性)、低成本(低合金量的添加)、高成型性、易于装配和维修。现如今各系列的车用高强钢,都普遍存在一定的局限性,成分差异大、表面质量不统一,都为最终的涂装等带来一定的难度。今后对各类材料的评价,应从全流程的角度来考虑,这样才能设计生产出既好又实用的产品。








