汽车用先进高强钢

汽车用先进高强钢内容摘要：

金化设计和快速冷却控制的超高强度和良好扩孔性能的纳米粒子析出强化钢的析出强化与控制机理； 5） 基于对碳在马氏体与残留奥氏体混合组织中再分配规律的重新认识，提出了淬火分配工艺理论，通过控制室温下的富碳残留奥氏体与马氏体的体积分数，得到了一种具有 TRIP 效应、高强度与高塑性配合的 Qamp。 P 钢。 为了 说明 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。 汽车用先进高强钢 分钢种研究进展 1）第一代先进高强钢研究进展 ? 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 : ①应力 — 应变曲线呈光滑的拱形 ,无屈服点延伸。 ②具有高的加工硬化速率 ,尤其是初始加工硬化速率。 ③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。 ④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 , 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～ 1 270 MPa 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 、 DP780 、 DP980 这 3 个级别可供热镀锌钢板。 蒂森也能够提供 500 MPa 和 600 MPa 这 2 个级别的热浸镀锌、合金化镀锌和电镀锌钢板。 J FE 公司 可以提供 DP440－ DP1180 等 5 个级别的双相钢板，并 成功开发了 780 MPa 和 980 MPa 级别的合金化热镀锌双相钢 ， Mittal 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。 浦项公司也可以提供 DP490－ DP980 等 5 个级别的双相钢。 12 ? 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 ]。 TRIP 钢的性能范围为 :屈服强度 340 ～ 860 MPa , 抗拉强度 610 ～ 1 080MPa ,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 , TRIP 钢板可作为热镀锌和 Zn2Ni 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 800 MPa 和 1 000 MPa 级的 TRIP 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 1 200 MPa 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 TRIP 钢包括 TRIP600 、 TRIP700 、 TRIP800 和 TRIP1 000 共 4 个冷轧品种和 1 个( TRIP800) 热轧品种。 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 TRIP600 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 TRIP800 等钢种的研究开发。 为了得到 1GPa 或更高的强度，人们提出了微合金 TRIP 钢的概念。 即在 TRIP钢中单独添加或复合添加 V、 Ti、 Nb 微合金元素。 这些微合金元素是强碳化物形成元素，这样一方面可以产生析出强化，另一方面又不会恶化钢的可焊性及热轧参数。 张梅等人就开发出了一种强度级别为 980MPa，延伸率约为 20％的 TRIP钢 ()。 ? 复相钢 13 复相钢的组织与 TRIP 钢类似 ,其主要组织是细小的铁素体和高比例的硬相(马氏体、贝氏体 ) ,含有铌、钛等元素。 通过马 氏体和贝氏体以及析出强化的复合作用 ,CP 钢的强度可达 800～ 1 000 MPa ,具有较高的吸收能和扩孔性能 ,特别适合于汽车的车门防撞杆、保险杠和 B 立柱等安全零件。 依靠合金成分设计、微合金化、控轧控冷技术和连续退火技术 ,热轧和冷轧高强度带钢可以得到不同的组织 ,如铁素体 + 贝氏体双相组织、铁素体 + 马氏体双相组织、铁素体 + 贝氏体 + 残余奥氏体复相组织和马氏体组织 ,钢的强度可从 500 MPa 提高到 1 000 MPa 以上 ,甚至可以达到 1 200 MPa。 浦项的热轧 CP980 钢和冷轧 CP1180 和 CP1470 钢已经商业化 [7 ]。 宝钢利用钒钛微合金化技术 ,在 2 050 mm 热连轧机组上成功开发出抗拉强度为 1 150 MPa 级的热轧复相钢 B1 150 GJ ,带钢厚度为 215～ 710 mm。 310 mm 厚卷板轧态下的典型力学性能为 :屈服强度825 MPa ,抗拉强度 1 165 MPa ,伸长率 14 %。 对于冷轧高强度结构钢 ,可以在连续退火过程中通过复相热处理工艺获得不同组织体积比率的铁素体 + 贝氏体 + 马氏体复相组织。 这种冷轧复相钢具有良好的综合力学性能 ,与常规淬火马氏体钢相比 ,在强度相同的 条件下 ,有较高的韧性及塑性 ,因此在汽车工业具有广阔的应用市场。 2）第二代先进高强钢 ? 孪晶诱导塑性钢 孪晶诱导塑性钢 ( TWIP 钢 ) 属第二代先进高强度汽车用钢 ,其室温组织为单相奥氏体。 有研究学者对 Acelor amp。 TKS 公司所开发的强度级别 1 000 MPa 级的TWIP 钢的真应力真应变曲线和加工硬化系数 进行研究，可以看出 TWIP 钢具有很好的均匀伸长率 ,其均匀伸长率达 52. 8 % ,并具有很高的加工硬化能力。 TWIP 钢的持续加工硬化能力远高于其他的钢种 ,说明 TWIP 钢具有很高的能量吸收能力 ,是很有潜力的汽车应用材料。 TWIP钢是钢材在强度和延展性综合性能上的一次突破。 目前 ,法国、中国等国家都开始了对 TWIP钢的生产技术开发。 虽然 TWIP 具有优异的力学性能 ,但是该钢在冶炼、连铸工艺 ,钢材的延迟断裂、缺口敏感性以及可涂覆性能方面的问题都是妨碍这种钢大规模在汽车工业应用的技术难题。 目前，国外对 TWIP钢的研究比较多，德国马普钢铁研究所研制和开发了FeMnSiAl系高锰奥氏体 TRIP/TWIP钢。 阿塞洛和蒂森 从 2020年共同研制了一系列的 FeMnC系以及 FeMnAlC系 TWIP钢 ，命名为“ XIP”。 共同合作开发出了具有TWIP 效应的 X2IPTM 高锰系列钢种。 对 X2IP1000 、 DC06 和 TRIP800 钢的成形性能进行测试。 与 DC06 和 TRIP800 钢相比 ,X2IP1000 钢具有更好的成形性能。 此外 ,X2IP1000 钢因其加工硬化率高 ,故而具有很强的能量吸收能力 ,所以该钢种是14 非常有前途的汽车用结构材料。 目前，该公司已经能向客户提供 XIP FeMn1000 TWIP钢。 法国、中国等国家正在进行该钢种的生产技术开发 ,预计在 3～ 5 年内将用于汽车零部件。 TWIP钢的 发展经历了以下几个阶段。 第一代 TWIP钢 (典型成分： Fe一 25Mn一 3A1— 3Si)，优点：具有中等的拉伸强度 (650 MPa)和很高的塑性 (90％ )；缺点：镀锌表面焊接问题，锌会沿着接头处的晶界渗入，使得接头不稳定。 第二代 TWIP钢 (典型成分： Fe一 23Mn～ 0． 6C)，优点：很高的拉伸强度 (1 000 MPa)和良好的塑性 (50％ )；缺点：延迟开裂缺口敏感性。 前两代 TWIP钢共同的缺点是，生产加工过程中吸氢比较严重，有时会造成延迟断裂。 一般吸氢可以通过退火来消除，但是由于镀锌过程带来的吸氢，退火。