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。
2500
(a) 马氏体钢 2000
工 程应力(MPa)
1500
Q&P钢
1000
500
0 0.0
TRIP600 钢 IF钢
TWIP钢 双相不锈钢
0.2
ห้องสมุดไป่ตู้
0.4
0.6
工 程应变
图 1 各种汽车用钢的力学性能总结(a)第一代、第二代及处于研发阶段的新型第三代钢 铁结构材料的应力应变曲线比较和(b)各种汽车用钢的塑性与抗拉强度间的关系(箭头 表示未来第三代汽车钢的研发方向)
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
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。
Key words: third generation automobile steels, M3 typed 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
3
汽车用钢称为第一代汽车用钢，而将强塑积为 50-70GPa%的奥氏体钢和 TWIP 钢称为第 二代汽车用钢。美国学者在第一代汽车用钢和第二代汽车用钢之间（性能与成本）提出 了第三代汽车用钢的概念，即性能和成本均介于二者之间的新型汽车用钢[7]。通过图 1 可以看出，第一代汽车用钢的抗拉强度可以从 IF 钢的 300MPa 提高到马氏体钢的 2000MPa, 甚至更高。但是它们的塑性基本上随抗拉强度的提高而降低。具体来讲抗拉 强度为 300MPa 的 IF 钢，它的延伸率可以达到 45%左右。而 2000MPa 的马氏体钢的延伸 率则低于 10%。可以说具有较低强塑积的第一代汽车钢已经不能满足汽车工业未来发展 对轻量化和高安全的双重要求。对于第二代汽车用钢，它的抗拉强度在 800-1000MPa 的水平上，其塑性可以达到 50-90%的优良塑性性能。由此可见，第二代汽车用钢的强 塑积远远高于第一代汽车用钢，表明第二代汽车用钢具有非常高的碰撞吸能能力与良好 的成型能力。但是相比于合金含量小于 5%的第一代汽车用钢，第二代汽车用钢添加了 大量的 Cr、Ni、Mn、Si、和 Al 等合金元素，其总合金含量高达 25%以上，导致其成本 较高、工艺性能较差及冶金生产困难较大。为了适应节约资源、降低成本、汽车轻量化 和提高安全性的要求，迫切需要研发具有成本接近第一代汽车用钢而性能接近第二代汽 车用钢的低成本高强高塑第三代汽车用钢。可以说低成本和高强塑是对未来汽车用钢发 展的一个基本定位。
1
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.
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
近 20-30 年，汽车用钢的得到了发展迅速[7-10]。比如上世纪九十年代的低强高塑 的无间隙原子钢(Interstitial-Free steel, IF)和烘烤硬化钢(Bake hardening steel, BH)到今天 更高强度的双相钢(Dualphase steel, DP)、相变诱导塑性钢(Phase transformation induced plasticity, TRIP)和热成形马氏体钢。现在世界各国又在研发具有孪生诱导塑性(Twinning induced plasticity, TWIP)的超高塑性的奥氏体钢和 TWIP 高强钢。根据国际上对超轻钢汽 车用钢的研究，将抗拉强度(Rm)小于 270MPa 的钢板称为低强度钢板，抗拉强度在 270-700MPa 的为高强度钢，而抗拉强度在 700MPa 以上的为超高强度汽车钢板。图 2 示 出 了 各 种 钢 的 应 力 应 变 曲 线 及 其 抗 拉 强 度 与 伸 长 率 (A) 之 间 的 关 系 。 根 据 强 塑 积 (RmxA)的大小，人们将强塑积为 10-20GPa%的 IF 钢、DP 钢、TRIP 钢和马氏体钢等