鞍钢先进高强汽车用钢的研制开发

　　随着地球温室效应的加重，各国政府制定了严格的法律来限制汽车能源消耗和温室气体排放。而减轻车身重量是实现节能减排的有效手段，车身重量每减轻100kg，每公里CO2排放可减少8.8~10g。同时，为了保证驾乘人员安全，近年来世界各国提高了车辆碰撞安全标准，这也使得车身重量不断增加。因此，同时减轻车身重量和提高汽车安全性成为汽车工业亟待解决的难题。

　　研究表明，高强和先进高强钢的大量应用是解决上述难题的有效手段。近年来，欧洲某些车型高强钢使用比例已超过70%。在世界汽车用钢联盟组织未来钢制汽车项目中，先进高强钢使用比例超过60%，在不增加成本的前提下，可实现车身减重35%的目标，同时满足五星级安全碰撞标准。

　　鞍钢作为国内主要的汽车板供应商，在成功实现传统高强钢（含磷高强钢、低合金高强钢）稳定、批量供货后，又相继开发了以DP钢（双相钢）、TRIP钢（相变诱导塑性钢）、TWIP钢（孪晶诱导塑性钢）、QP钢（淬火-配分钢）为代表的先进高强钢，为汽车工业实现节能减重和提高安全性的目标提供技术支持。本文主要介绍鞍钢在先进高强汽车用钢开发上的最新进展和未来的发展趋势。

　　1、鞍钢汽车用钢发展概述

　　在过去十几年里，鞍钢通过技术引进和创新，建成了多条高水平的汽车板生产线，形成了汽车板核心生产技术，完善了汽车板质量管理体系，具备了生产高强汽车用钢所需的设备、管理和核心生产技术等条件。

　　目前，鞍钢已形成热轧、冷轧和热镀锌汽车用钢的产品系列，开发了以IF钢为代表的超深冲冷轧和热镀锌汽车用钢系列产品、以烘烤硬化钢、高强低合金钢为代表的传统高强钢系列产品、以DP钢、TRIP钢、TWIP钢和QP钢为代表的先进高强钢系列产品，以O5板为代表的高表面质量的冷轧、热镀锌汽车用钢系列产品。鞍钢汽车用钢的主要品种如表1所示。

　　表1：鞍钢汽车用钢主要品种

　　

　　

　　注：●已商业化生产；○开发研制中。

　　随着鞍钢汽车用钢品种的增加和质量的提高，其用户也不断增加，鞍钢已成为一汽、大众、长城、通用等汽车厂家的钢材供应商。同时，鞍钢汽车用钢的产销量也逐年增加，2012年汽车用钢产销量已达到200万t。

　　2、先进高强汽车用钢分类

　　相比于传统高强钢，先进高强钢具有更高的强度和更好的成形性能，根据强塑积的不同，先进高强钢可以分为以DP钢、TRIP钢为代表的第一代先进高强钢、以TWIP钢为代表的第二代先进高强钢和以QP钢为代表的第三代先进高强钢。其中，第一代先进高强钢的组织以铁素体、贝氏体和马氏体为基体，含有少量奥氏体，强塑积在10~15GPa%之间；第二代高强钢的组织为100%的奥氏体，合金含量高，强塑积在50~60GPa%之间；第三代高强钢的组织以多相、亚稳、多尺度为特征，合金含量适中，强塑积在20~40GPa%之间。

　　3、鞍钢先进高强汽车用钢的研制开发

　　3.1、DP钢

　　DP钢是应用最广泛的先进高强钢之一，在未来钢制车身项目中，DP钢的应用比例达到31.3%。DP钢由铁素体和马氏体组成，具有低屈强比、高初始加工硬化速率、良好的强度和塑性配合等特点，适用于汽车结构件和安全件等零部件。目前鞍钢已经开发了热轧、冷轧、热镀锌双相钢，最高强度级别为980MPa。为了满足客户对焊接性能的要求，鞍钢研制开发了碳当量小于0.21和0.24的DP590和DP780冷轧钢板。表2所示为鞍钢研制开发冷轧DP钢的实物性能指标。

　　表2：鞍钢生产冷轧DP钢的实物性能指标

　　

　　

　　3.2、TRIP钢

　　TRIP钢由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成，在塑性变形过程中，通过残余奥氏体在应力作用下转变为马氏体来提高钢板的加工硬化率，从而提高钢板的伸长率。相比于传统的高强钢，TRIP钢具有强度高、塑性好及加工硬化率高的特点，适用于高成形性的结构部件。传统TRIP钢通常采用高Si或高Al的成分设计，尽管含量较高的Si元素或Al元素能够有效抑制渗碳体的析出，提高残余奥氏体含量和稳定性，有利于提高钢板的伸长率，但另一方面，Si元素会导致钢板表面氧化，影响钢板表面质量；Al元素会影响连铸生产。

　　针对上述问题，鞍钢开发了低硅低铝含磷的TRIP钢，具有表面质量好、生产工艺稳定的优点。目前，鞍钢已开发出590、780、980MPa级冷轧TRIP钢，产品应用在汽车侧围加强板、前端梁等结构件和安全件。表3为鞍钢生产的590、780、980MPa级冷轧TRIP钢性能指标。

　　表3：鞍钢生产冷轧TRIP钢的实物性能指标

　　

　　

　　3.3、TWIP钢

　　TWIP钢是第二代先进高强钢，是一种高锰奥氏体钢，其锰含量在15%~30%之间，室温下为奥氏体组织，在塑性变形过程中，通过产生孪晶来细化晶粒，阻碍位错的运动，从而提高材料的加工硬化率，得到高强度和极高伸长率（总伸长率大于60%），同时具有高的能量吸收能力，没有低温脆性转变温度，是一种集高强度、高塑性和高加工硬化率于一体的理想的汽车用安全、减重、节能的结构材料。

　　由于TWIP钢的合金含量高、强度大，导致冶炼、连铸难度大，轧制和板形控制困难，因此如何实现TWIP钢的工业化生产是一个难题。鞍钢通过自主研发，采用转炉冶炼—ASP中薄板坯连铸连轧—酸洗冷轧—连续退火的生产工艺，实现了980MPa级TWIP钢的工业化生产，开发出中厚板、热轧卷板和冷轧卷板产品，产品强塑积达到70GPa%。为满足客户的不同需求，鞍钢开发了高屈服强度TWIP钢，在屈服强度达到1000MPa时，抗拉强度为1230MPa，伸长率达到30%。图1为鞍钢生产的TWIP钢微观组织和应力应变曲线。

　　

　 　（

a）微观组织照片；（b）应力应变曲线 

　　图1：鞍钢冷轧TWIP钢微观组织和应力应变曲线

　　3.4、QP钢

　　QP钢是第三代先进高强钢，是一种具有TRIP效应、高强度与高塑性配合的马氏体钢，其显微组织由马氏体与10%~20%的残余奥氏体组成。在塑性变形过程中，残余奥氏体在应力作用下发生马氏体相变，因此QP钢在强度提高的同时具有较好的相变诱导塑性。鞍钢通过自主研发，实现了QP钢的工业化生产，生产出抗拉强度超过980MPa、伸长率大于20%的冷轧卷板产品，具备批量供货能力。图2为鞍钢工业化生产的QP钢的微观组织照片和应力应变曲线。

　　

   （

 a）微观组织照片；                    （b）应力应变曲线 

　　图2：鞍钢冷轧QP钢微观组织照片和应力应变曲线

　　4、鞍钢先进高强汽车用钢热镀锌工艺

　　为了获得优异的力学性能，先进高强汽车用钢大多含有较多的Si元素和Mn元素。这些元素在退火过程中容易发生氧化，形成难还原的氧化物，导致镀锌板表面产生漏镀等缺陷。近年来，鞍钢科研人员针对DP钢和TRIP钢中Si元素和Mn元素含量较高的问题，通过采用预氧化和露点控制的方法，开展先进高强钢的热镀锌技术研究，取得了良好的效果。

　　5、鞍钢先进高强汽车用钢未来发展

　　目前鞍钢已经实现抗拉强度780MPa级以下第一代先进高强汽车用钢的批量供货，具备980MPa级DP钢和TRIP钢的工业供货能力。未来，鞍钢将根据客户需求，开发1180MPa级以上的DP钢，具有高伸长率、高扩孔率的高强DP钢，适合辊压成形的高强DP钢；开展高表面质量的热镀锌DP钢和TRIP钢生产工艺研究。

　　鞍钢已经实现了第二代先进高强汽车用钢TWIP钢的工业化生产，未来将根据客户需求，开发热镀锌和电镀锌TWIP钢、高屈服强度TWIP钢以及TWIP钢的成形、焊接和涂镀技术研究。

　　鞍钢已经实现了第三代先进高强汽车用钢QP钢的工业化生产，未来将开发更高强度级别的QP钢和热镀锌QP钢，开展强塑积为30GPa%的新型先进高强汽车用钢的研制。

　　6、结语

　　随着汽车轻量化进程的不断加快，先进高强汽车用钢已成为汽车用钢发展的主流趋势。作为国内主要的汽车用钢供应商，鞍钢先后研制开发了以980MPa级DP钢、TRIP钢、TWIP钢和QP钢为代表的系列热轧、冷轧和热镀锌先进高强汽车钢，来满足汽车行业节能减重和提高安全性的需要。未来，鞍钢将根据客户的需求，开发出更低成本、更高强度和成形性能的新一代先进高强汽车用钢，为汽车轻量化进程提供技术支持。