汽车用先进超高强钢简述

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汽车用先进超高强钢简述

前言

近年来，常规钢种的利润越来越微薄，而汽车用先进高强钢作为有一定技术门槛，且符合“高强减薄”环保理念的产品，发展趋势和利润都相当不错，也是大家比较关心的一类高附加值产品。

汽车用先进高强钢每一代每一款钢种都有其特点，常规性能看上去相近但不能混用。本文虽然会有些枯燥，但是花点时间学习，了解他们的特性，对于提高工作效率还是非常有帮助的。

汽车用先进高强钢目前的发展状况

近几十年来，汽车用先进高强度钢(AHSS-Advanced High Strength Steel)是材料的研发重点，目前世界钢协根据研发历史及其特点，将之分为三代。

第一代以铁素体为基的AHSS钢的强塑积为15 GPa%以下；

第二代以奥氏体为基的AHSS钢的强塑积为50 GPa%以上，其合金含量高和生产工艺控制困难导致成本高，因此正研发第三代多相AHSS钢,通过多相、亚稳和多尺度的组织精细调控,其强塑积约为20 -40GPa%。

第三代AHSS钢以提高第一代AHSS钢强度、塑性和降低第二代AHSS合金含量、生产成本两方面进行研发。现有及已发中的AHSS钢种大致分布情况如下图。

基于延伸率--抗拉强度关系的现有及开发中的

注：强塑积＝抗拉强度 × 延伸率（单位为GPa%），用于简单评价强度和塑形的平衡关系。

三代汽车用先进高强钢的区别和特点

第一代

主要包括双相( DP)钢、多相( CP)钢和相变诱导塑性( TRIP)钢，铁素体贝氏体钢（FB/SF），马氏体钢（MS/PHS）等。

第一代合金含量低，主要是以铁素体为主的多相显微组织。双相钢是目前使用最多的一种先进高强钢，除了强度高、成型性好外，还具有易于焊接加工的优点。TRIP钢兼具良好的强度和延伸性能，其残余奥氏体相通过应变诱导相变转化成马氏体相，从而提高了应变硬化指数。第一代AHSS的屈服强度通常不小于280/300 MPa，抗拉强度不小于590/600 MPa，其成形性能优于同等强度级别的HSLA。

第二代

包括奥氏体孪晶诱导塑性( TWIP) 钢、诱导塑性轻钢(L-IP) 和剪切带强化(SIP)钢。第二代先进高强钢机械虽然有很高的强度和极好的塑性，但是由于其含有大量的Mn元素，成本很高，而且具有较低的屈服强度(约280MPa)，对于结构件是不利的。此外，这些合金的加工难度非常大，而且TWIP钢还易于产生延迟裂纹。第二代AHSS的抗拉强度通常在1000 MPa ，断后伸长率通常为50–60 %。

第三代

第三代的特征是微观组织为马氏体（贝氏体）和奥氏体的混合组织。目前认为，这类钢中包括TBF钢（TRIP Aided Bainitic Ferrite steels），中锰钢（medium Mn-Trip），QP钢（Quenching-Partitioning Steel）等；这类钢主要考虑了对钢的使用性能要求（高强度，高延性），同时也兼顾了经济性（Affordable）。

TBF钢它的组织特征是无碳化物板条状贝氏体基体及较大体积分数的残余奥氏体，与同等强度级别的第一代AHSS相比，它的成形性能更好，并且具有良好的翻边扩孔性能，并且，通过贝氏体铁素体晶粒的进一步细化，其强度有望进一步提高，通过相变诱导塑性效应，提高材料的延展性能。这类钢已经实现了商业化生产。

中锰钢，其Mn含量约为4-12%，它的强度和塑性均符合第三代AHSS的特征，它的残余奥氏体组织的体积分数较大。目前暂未实现批量生产，但在宝钢已经完成了试制。这类钢的主要合金元素为Mn，并添加了一定比例的Si/Al和其他微合金元素，其C含量较低。通过不同的热处理工艺可获得不同的显微组织结构，可获得的钢的强度范围较大。

QP钢（淬火延性钢），的组织特征是马氏体与残余奥氏体的混合组织，这种特征的显微组织是通过Q&P工艺获得的。Q&P热处理工艺获得的钢，不仅仅具有高的抗拉强度及断后伸长率的乘积，并且与同等强度级别的其他类型显微组织的钢相比(DP, TRIP, Q&T)，具有更高的屈强比（YS/TS ratio）和更高的扩孔性能，宝钢是全球首个实现QP钢商业化生产的大型钢铁联合企业。

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汽车用高强钢常用类型

双相钢（DP钢，Dual Phase Steels）

性能特点：无屈服延伸、无室温时效、低屈强比、高加工硬化指数和高烘烤硬化值

典型应用：DP系列高强钢是目前结构类零件的首选钢种，大量应用于结构件、加强件、和防撞件

如车底十字构件、轨、防撞杆、防撞杆加强结构件等。

复相钢（CP钢，Comples Phase Steels）

性能特点：晶粒细小，抗拉强度较高。与同级别抗拉强度的双相钢相比，其屈服强度明显要高很多。具有良好的弯曲性能、高扩孔性能、高能量吸收能力和优良的翻边成形性能。

典型应用：底盘悬挂件、B柱、保险杠、座椅滑轨等

相变诱导塑性钢（TRIP钢，Transformation Induced Plasticity Steels）

性能特点：组织中含有残余奥氏体、有良好的成型性能。在成形过程中残余奥氏体会逐渐转为硬的马氏体，有利于均匀变形。TRIP钢还具有高碰撞吸收能、高强度塑性积和高N值的特点。

典型应用：结构相应复杂的零件、如B柱加强板、前纵梁等

马氏体钢（MS钢，Martensitic Steels）

性能特点：屈强比高，抗拉强度高，延伸率相对较低，需要注意延迟开裂的倾向。具有高碰撞吸收能、高强度塑性积和高n值的特点。

典型应用：简单零件的冷冲压和截面相对单一的辊压成形零件，如何险杠、门槛加强板和侧门内的防撞杆等。

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