卜子華　徐淑瓊

【摘 要】材料性能與工業(yè)有著密不可分的聯(lián)系，高強(qiáng)度鋼廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車制造工業(yè)。我國(guó)長(zhǎng)期進(jìn)行高強(qiáng)度鋼論證及實(shí)驗(yàn)，但進(jìn)展較為緩慢，限制較多，先后出現(xiàn)了普通高強(qiáng)度鋼、第一代、第二代及第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。本文簡(jiǎn)要介紹了高強(qiáng)度鋼的性能及其分類的發(fā)展歷程與前沿進(jìn)展，指出了國(guó)內(nèi)第三代高強(qiáng)度汽車鋼的研究進(jìn)展，同時(shí)還提出了未來我國(guó)汽車用鋼的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)度;汽車;鋼

中圖分類號(hào)： TG335.56;U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）16-0114-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.048

High Strength Automobile Steel

BU Zi-hua XU Shu-qiong

（College of mechanical and vehicle engineering， linyi university， Linyi Shandong 276005， China）

【Abstract】There is an inseparable connection between material properties and industry. High strength steel is widely used in modern automobile manufacturing industry. The argumentation and experiments of it have been carried out for a long time in China， but the progress is slow and there are many limitations. Common high strength steel， the first， the second and the third generation of advanced high strength steel have appeared successively. This paper briefly introduces the development history and frontier progress of high strength steel properties and classification. It points the progress of the third generation high strength automobile steel in China. At the same time， it presents the development direction of automotive steel in China in the future.

【Key words】High strength; Automobile; Steel

0 引言

我國(guó)的汽車工業(yè)目前以加工組裝和生產(chǎn)中低檔車為主，在國(guó)際汽車市場(chǎng)中，難以與高端汽車品牌競(jìng)爭(zhēng)。為了順應(yīng)國(guó)家環(huán)保、節(jié)能、低碳、安全的時(shí)代發(fā)展潮流，我國(guó)的汽車行業(yè)不斷地引入先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)并著重研發(fā)輕量化高強(qiáng)度鋼，打造擁有自主品牌和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)來提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和出口能力，以改變我國(guó)貿(mào)易逆差的現(xiàn)狀。本文對(duì)現(xiàn)有的高強(qiáng)度鋼種進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述與簡(jiǎn)要分析。

1 幾種典型的汽車用鋼

1.1 高強(qiáng)度汽車鋼的分類

高強(qiáng)度汽車用鋼目前可分為三代，第一代先進(jìn)高誘導(dǎo)塑性鋼等;第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼分為TWIP孿晶誘導(dǎo)塑強(qiáng)鋼分為FB鋼、IF鋼、馬氏體鋼、TRIP相變性鋼、L-IP誘導(dǎo)塑性輕鋼、SIP剪切帶強(qiáng)化鋼[1];第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼分為TBF貝氏體基相變誘導(dǎo)塑性鋼、δ-TRIP鋼、納米貝氏體鋼、中錳TRIP鋼、Q&P鋼等。

先進(jìn)鋼材不斷地在現(xiàn)代汽車制造行業(yè)更新?lián)Q代，同時(shí)先進(jìn)超高強(qiáng)度鋼的引進(jìn)不僅會(huì)盡可能地減少汽車零件用材，達(dá)到汽車輕量化的要求，還可對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科研領(lǐng)域等發(fā)展等產(chǎn)生巨大影響。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首選方案是選用乃至研發(fā)比強(qiáng)度高的材料，由此可見，我國(guó)材料發(fā)展面臨著諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.2 普通鋼及先進(jìn)高強(qiáng)鋼分類

按照國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)USL-AB項(xiàng)目，可將鋼種按其力學(xué)性能進(jìn)行分類，分為低強(qiáng)鋼、高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼。超高強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度Rm（σb）>700MPa，屈服強(qiáng)度Re（σs）>550MPa;低強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度Rm（σb）<270MPa，屈服強(qiáng)度Re（σs）<210MPa;高強(qiáng)鋼的力學(xué)指標(biāo)介于這兩者之間。

其中，低強(qiáng)度鋼分為IF鋼和軟鋼;普通高強(qiáng)度鋼分為碳錳鋼、BH鋼、高強(qiáng)度IF鋼和HSLA鋼等;先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）包括雙相鋼、TRIP相變誘發(fā)塑性鋼、CP鋼和馬氏體鋼（M鋼）等[2]。

1.3 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的性能分析

1.3.1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析

第一代汽車高強(qiáng)度鋼IF鋼，即無(wú)間隙原子鋼（超低碳鋼），C、N含量較低，曲線變化很平穩(wěn)，其抗拉強(qiáng)度為280MPa左右，具有較好的塑性;馬氏體鋼，其顯微組織為馬氏體組織，經(jīng)過相應(yīng)的熱處理工藝，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)2100MPa。但是第一代高強(qiáng)度鋼存在明顯問題：抗拉強(qiáng)度大的材料，塑性性能差，伸長(zhǎng)率差值達(dá)到37%左右。第一代汽車鋼并不適用于現(xiàn)代汽車制造行業(yè)，由于其強(qiáng)塑積比較低因而又研發(fā)了第二代鋼鐵材料。

第二代先進(jìn)汽車高強(qiáng)度鋼（TWIP鋼），當(dāng)抗拉強(qiáng)度為800MPa時(shí)，其塑性變形僅為20%，而隨著應(yīng)力的逐漸提升，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到1200MPa時(shí)，其應(yīng)變達(dá)到了58%以上，具有較好的塑性性能，其強(qiáng)塑積遠(yuǎn)高于第一代汽車用鋼。由此可見，經(jīng)過改進(jìn)的第二代汽車用鋼，碰撞吸能能力更強(qiáng)，且性能相比于第一代要更好，但成本相對(duì)較高。

第三代先進(jìn)汽車高強(qiáng)度鋼Q&P鋼，處于馬氏體狀態(tài)中的碳，在淬火過程中被分配至殘余奧氏體，殘余奧氏體因增碳更加穩(wěn)定，進(jìn)而提高了鋼的強(qiáng)韌化性能。當(dāng)應(yīng)變?yōu)?5%左右時(shí)，Q&P鋼應(yīng)力達(dá)到最高值，約為1500MPa，換言之，它具有強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是將高強(qiáng)度與良好韌塑性完美結(jié)合的新一代高強(qiáng)度鋼。

1.3.2 高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)塑性分析

第一代汽車用鋼中的IF鋼為低強(qiáng)度鋼，伸長(zhǎng)率可達(dá)50%，具有極其優(yōu)異的深沖性能，且鋼板的屈服和抗拉強(qiáng)度不會(huì)隨時(shí)間變化而出現(xiàn)明顯上升的現(xiàn)象，或在沖壓時(shí)出現(xiàn)拉伸應(yīng)變痕（滑移線），常用于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油底殼。

第二代先進(jìn)超高強(qiáng)度鋼TWIP鋼，在室溫下的組織為單一的奧氏體組織和少量退火孿晶組織奧氏體鋼，強(qiáng)度可達(dá)1600MPa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到65%以上，具有優(yōu)異的強(qiáng)度和延展性，良好的耐磨性和耐蝕性。因其具有較高的Mn含量（12%-30%），強(qiáng)度是傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼的2倍，故此鋼種可用于改善汽車的碰撞安全性能，在汽車制造行業(yè)被廣泛關(guān)注。

相比于前兩代鋼種，IF鋼雖具有極其優(yōu)異的深沖性能，但表面易出現(xiàn)起泡、線紋等缺陷。TWIP雖具有優(yōu)異的力學(xué)性能，但是該鋼在冶煉、鑄造工藝等方面卻存在著很大的技術(shù)難題。

2009年，具有高強(qiáng)度、高塑性的第三代汽車用鋼成功地被中國(guó)鋼研科技集團(tuán)在實(shí)驗(yàn)室里研發(fā)。第三代汽車鋼的抗拉強(qiáng)度相比于第一代增加了300%，延伸率可達(dá)至35%，然而所用的合金含量卻小于第二代汽車鋼的1/3，且其成本僅略高于第一代汽車鋼[3]。

2 國(guó)內(nèi)第三代汽車鋼的研究進(jìn)展

2016年，河北首卷QP1300第三代汽車鋼在河鋼邯鋼成功下線，相比于第一、二代汽車鋼，QP鋼第三代汽車鋼的代表，具有強(qiáng)度高，可塑性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前被廣泛地應(yīng)用于制造現(xiàn)代汽車高強(qiáng)度部件，以提高汽車安全性能并實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的要求。

2017年12月18日，全球首卷QP1400第三代超高強(qiáng)度汽車鋼在遼寧鞍鋼成功下線，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均符合用鋼需求，使得我國(guó)鞍鋼的制鋼能力領(lǐng)先于其他制鋼行業(yè)，該鋼種目前被用于加工汽車結(jié)構(gòu)件、防撞件及內(nèi)部加強(qiáng)板[4]。

2018年9月25日，全球首卷2000MPa級(jí)別熱成型鋼在河鋼唐鋼1810生產(chǎn)線成功下線。這是目前全球薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)的最高強(qiáng)度級(jí)別鋼種，填補(bǔ)了國(guó)際國(guó)內(nèi)薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)超高強(qiáng)鋼空白[5]。

隨著我國(guó)汽車節(jié)能、排放、環(huán)保等硬性法律法規(guī)的推出，我國(guó)堅(jiān)持自主開發(fā)，引進(jìn)國(guó)際前沿技術(shù)，積極開展國(guó)際合作，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，研發(fā)具有本國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。未來我國(guó)汽車材料的發(fā)展應(yīng)該是將高強(qiáng)度和高塑性（高強(qiáng)塑性）更好地結(jié)合起來，且生產(chǎn)成本更低、更易加工，以達(dá)到汽車輕化、節(jié)能減排及高安全性的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼具有較高的強(qiáng)塑積、良好的耐磨性和耐蝕性，較好的冶煉、鑄造工藝性能。超高強(qiáng)度鋼在汽車生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)車身的有效減重、節(jié)能減排、節(jié)省生產(chǎn)成本，同時(shí)還可提高汽車抗沖擊能力和防撞安全性能。

由此可見，高強(qiáng)度鋼的不斷發(fā)展必然會(huì)影響我國(guó)未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向，我國(guó)仍需加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的研究工作。本文僅是對(duì)高強(qiáng)度汽車用鋼的綜述，對(duì)于鋼的組織性能及其生產(chǎn)工藝規(guī)范與流程不予以深入討論。

【參考文獻(xiàn)】

[1]凌鴻偉.熱成形模具磨損的全局靈敏度分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué)，2015.

[2]陳飛.熱成型試驗(yàn)系統(tǒng)及仿真研究[D].湖南大學(xué)，2012.

[3]中國(guó)第三代汽車鋼研發(fā)世界領(lǐng)先[J].鋼鐵，2011，46（04）：64.

[4]短訊[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（01）：8-10.

[5]全球首卷最高強(qiáng)度級(jí)別薄板坯熱成形汽車鋼在河鋼下線[J].軋鋼，2018，35（06）：69.