第19卷第8期2007年8月钢铁研究学报Jour nal of Ir on and Steel ResearchV ol.19,No.8A ug ust 2007作者简介:江海涛(1976 ),男,博士后; E mail:nw pujh t@; 修订日期:2007 05 21汽车用先进高强度钢的开发及应用进展江海涛, 唐 荻, 米振莉(北京科技大学高效轧制国家工程中心,北京100083)摘 要:先进的高强度钢在汽车减重、节能、提高安全性、降低排放等方面展现出了广阔的前景,在新一代汽车伙伴计划、超轻钢车身 先进概念车等项目上得到了应用和推广。

简述了先进高强度汽车用钢板的最新开发和应用进展情况。

关键词:汽车钢板;先进高强度钢;开发;应用中图分类号:T G142 文献标识码:A 文章编号:1001 0963(2007)08 0001 06Latest Progress in Development and Application of Advanced High Strength Steels for AutomobilesJIANG H ai tao, TANG Di, M I Zhen li(National Engineer ing Research Center of A dv anced Rolling T echno log y,U niver sity o f Science and T echno lo gy Beijing,Beijing 100083,China)Abstract:Advanced hig h strength steels (A HSS)ar e ver y attr act ive for the auto motiv e industr y w ith advantag es of lessen w eight,ener gy sav ing,safety and reduced emissio n.Cur rently ,a lar ge percentag e of advanced high streng th steels ar e used in PN GV (Partnership for a N ew G enerat ion of Vehicles)plan and U L SAB A VC (U ltra L ig ht Steel Auto Bo dy A dvanced V ehicle Concept s)plan,etc .T he latest pr og ress in dev elopment and applicatio n of advanced hig h st rength steels for aut omobiles is intro duced.Key words:automobile steel sheet;adv anced high streng th steel;dev elo pment;application新一代汽车的发展趋势是要求节能、降耗、环保和安全。

因此,使用高强和超高强度钢作为汽车用钢是未来的目标,从而达到汽车的轻型化、安全性等目的。

为了发展汽车用高强度钢板,促使汽车轻量化,近年来在世界范围内开始了大量的相关汽车轻量化项目的研究,研究项目的共同点是将汽车质量降低20%~40%[1]。

双相钢(DP)、复相钢(CP)、相变诱发塑性钢(TRIP)和马氏体钢(M ART )等的强度范围为500~1600MPa,均具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点,在汽车上得到了广泛应用,被称为第一代高强度汽车用钢。

目前,阿赛洛等钢铁厂家正在积极开展孪晶诱导塑性钢(TWIP)、具有诱导塑性的轻量化钢(L IP)的研究。

室温下,这些钢种的组织为稳定的残余奥氏体。

当施加一定的外部载荷后,由于应变诱导出现了机械孪晶,会产生大的无颈缩延伸,因而显示出非常优异的力学性能、高的应变硬化率并具有极高的塑性(60%~90%)和较高的强度(600~1000M Pa),被称为第二代高强度汽车用钢[2,3]。

当前,美国钢铁协会等单位正在积极发展第三代先进高强度汽车用钢(图1)。

第三代先进高强度汽车用钢兼有第一代和第二代高强度汽车用钢的微观组织特点,并充分利用晶粒细化、固溶强化、析出强化及位错强化等手段来提高其强度,通过应变诱导塑性、剪切带诱导塑性和孪晶诱导塑性等机制来提高塑性及成形性能。

随着国内汽车工业的发展,对于优质汽车用钢的要求越来越高,需求量也越来越大。

上海宝钢集团公司(简称宝钢)等企业紧跟汽车工业的发展趋势,研究和开发了一系列先进汽车用钢板,并取得了可喜的成绩。

表1示出了近年来宝钢先进汽车板的研发与应用情况[4]。

为了促进我国汽车用钢的进一步发展,有必要对国内外先进高强度汽车用钢开发及应用的最新进展进行分析研究。

1 双相钢双相钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到,其显微组织主要为铁素体和马氏体。

普通的高强钢是通过控制轧制细化晶粒,并通过微合金元素的碳氮化物的析出来强化基图1 汽车用常规钢种和先进高强度钢种的强度与伸长率的关系Fig 1 Strength ductility regime of conventional and advanced high strength steels表1 近年来宝钢研发和应用的汽车板Table1 Main varieties of autom obile sheet steels in Baosteel品 种级 别抗拉强度/M Pa>2503403904404905405906907809801180127013701470冷轧基板与电镀锌板IF(DDQ~S EDDQ) -------------H SS IF- ----------BH- -----------H SLA-- -------DP--- - -----TRIP------ ----M ART--------- -- 热镀锌板与纯镀锌板IF(DDQ~S EDDQ) -------------H SS IF- ----------BH- -----------H SLA-- -------DP--- - -----TRIP------ -----热轧钢板H SLA--- -----DP------ -----F+B----- -----CP-------- ----M ART--------- --- 注: 商业化; 正在开发; 已开发。

体,而双相钢是在纯净的铁素体晶界或晶内弥散分布着较硬的马氏体相,因此其强度与韧性得到了很好的协调[5,6]。

双相钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定,其变化范围为5%~30%。

拉伸力学性能特点是: 应力 应变曲线呈光滑的拱形,无屈服点延伸; 具有高的加工硬化速率,尤其是初始加工硬化速率; 低的屈服强度和高的抗拉强度,成形后构件具有高的压溃抗力、抗撞击吸收能和高的疲劳强度; 大的均匀的伸长率和总伸长率。

双相钢是兼有高强度和良好成形性的理想汽车用钢板,在PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)项目中,DP钢用量为162 25kg,占车体总质量的74 3%[3]。

DP600、DP780和DP1000钢种适合于生产汽车的结构件和安全部件,如纵梁、横梁和强化件。

DP450和DP500钢种可用于外露件,且比标准钢种的抗凹陷能力高20%,具有15%的减重潜力。

目前,阿赛洛能够提供DP580、DP750等级别的热轧双相钢板,DP450、DP500、DP600、DP780和DP980等级别的冷轧及镀锌钢板。

新日铁冷轧双相钢板供货级别覆盖了490~1270MPa的7个级别,其中DP490、DP540、DP590、DP780、DP980和DP1180共6个级别可供电镀锌钢板,DP590、2钢 铁 研 究 学 报 第19卷DP780、DP980这3个级别可供热镀锌钢板[7]。

蒂森也能够提供500M Pa 和600MPa 这2个级别的热浸镀锌、合金化镀锌和电镀锌钢板。

JFE 公司成功开发了780M Pa 和980M Pa 级别的合金化热镀锌双相钢,M ittal 公司也成功生产了合金化热镀锌双相钢DP590、DP780、DP980和热浸镀锌双相钢DP600、DP780[8]。

2 相变诱发塑性钢相变诱发塑性钢是指钢中存在多相组织的钢。

这些相通常为铁素体、贝氏体、残余奥氏体和马氏体。

在形变过程中,稳定存在的残余奥氏体向马氏体转变时引起了相变强化和塑性增长,为此残余奥氏体必须有足够的稳定性,以实现渐进式转变,一方面强化基体,另一方面提高均匀的伸长率,达到强度和塑性同步增加的目标[9]。

T RIP 钢的性能范围为:屈服强度340~860M Pa,抗拉强度610~1080MPa,伸长率22%~37%。

近年来,TRIP 钢的发展迅速。

TRIP 钢主要用来制作汽车的挡板、底盘部件、车轮轮辋和车门冲击梁等。

此外,T RIP 钢板可作为热镀锌和Zn Ni 电镀锌的基板,以生产高强度、高塑性、高拉深胀形性以及高耐腐蚀性的镀锌板。

韩国浦项已成功开发出800M Pa 和1000M Pa 级的T RIP 钢,钢板的成形性能非常好,可以加工成复杂形状的汽车部件。

目前,他们正着手开发1200M Pa 级的TRIP 钢。

在日本,三菱汽车公司与新日铁、住友金属及神户制钢等合作开发出汽车底盘零件用TRIP 高强度钢板,在其新车型中已有80余种底盘零件用TRIP 钢板制造。

阿塞洛T RIP 钢包括TRIP600、TRIP700、TRIP800和T RIP1000共4个冷轧品种和1个(TRIP800)热轧品种[7]。

该类钢用于汽车的座椅结构件、横梁、纵梁、中后强化件、挡板和防护强化件等。

宝钢采用连续退火生产的T RIP600钢板已经商业化,该钢板具有高的伸长率和高的n 值。

这些性能特点使其可以替代软钢冲压零件。

目前,宝钢正在进行T RIP800等钢种的研究开发。

许多研究结果表明,高硅含量的TRIP 钢与低合金高强度钢相比具有更好的延展性和抗拉强度,其成分系列有:C M n Si N V,C M n Si Ti 和C M n Si Nb 等。

但硅含量高将导致带钢表面产生红色氧化皮以及热镀锌性能变差等缺点。

近年来,一些研究者开始侧重于用其它元素(如铝、磷等)部分取代硅,以降低钢中的硅含量,改善涂镀性能,并通过添加铌、钒、钛及钼等元素来提高T RIP 钢的强度[10~12]。

正在研发的成分体系有C M n Al Si P Nb,C M n Al Si Nb,C Mn Si Nb Mo 和C M n Al Si P Ti 等(图2)[13]。