Nb 在先进高强钢中的作用
Nina Fonstein
(Metallurgy-XXI, Chicago, USA, 60611)
摘要：为了保持钢铁材料在车身结构上的份额，钢铁企业生产和开发了大量的先进高强钢，使汽车工业能够在实现关键安全部件减重目标的同时，保证汽车的抗冲击性能。目前开发的先进高强钢不仅具有很好的成型性能，同时具有高的冷弯性能和扩孔率。为了满足客户的要求，人们采用了多种强化机制，开发了多种先进高强钢，诸如双相钢、具有TRIP 效应的双相钢、QP 钢等。本文在实验室和文献的基础上介绍了微合金元素Nb 在钢种设计中的作用。 关键词：先进高强钢、双相钢、TRIP 钢、第三代钢 、Nb 微合金化
当前，汽车工业在满足乘客安全、燃油效率和环境保护方面主要采用提高钢板强度的方法。事实上，在过去的20年里汽车工业将汽车用钢的强度从小于350MPa 提高到大于1500MPa 。
为了同轻质合金竞争，钢铁企业开发具有高成形性能的钢铁材料成为发展的主要趋势。
先进高强钢定义为在屈服强度YS > 280 MPa 和抗拉强度TS>590 MPa 条件下具有良好的成形性能。传统上，先进高强钢包括双相钢和TRIP 钢。在对成形性能要求提高的同时，先进高强钢强度也在不断的增加，抗拉强度从590、780、980MPa 提高到1180、1500、2000MPa 。
双相钢
作为先进高强钢之一，双相钢具有高强度、高延伸率、高加工硬化性、高烘烤硬化性、高疲劳性能，通过成分和工艺控制，双相钢的抗拉强度可以分布在一个很宽的范围上。
例如，在DP590/600基础上，人们开发了DP780、DP980和DP1180。由于简单的增加马氏体含量会在提高钢板强度的同时降低钢板的塑性，新的先进高强钢目标是取得强度和成形性能的平衡。所有的强化机制如固溶强化、细晶强化、相变强化、析出强化、应变时效，被单独使用或组合使用。合金元素和C 元素的添加会降低钢板的焊接性能和磷化性能。在这方面，添加Nb 元素可以减少钢中的C 含量和合金含量。
在文献【1】中列出了Nb 元素在强化双相钢的作用。 Nb 元素在晶粒细化上的作用来源于以下两点：（1）在热轧过程中Nb 元素推迟晶粒长大和发生再结晶来细化晶粒；（2）在冷轧退火过程中限制形核和晶粒长大。
根据现有的模型，小的马氏体晶粒可以提高钢板的加工硬化，有利于双相钢提高均匀变形量和总的变形量。
至于铁素体晶粒，热处理后的可动位错是双相钢的重要特征。因此晶粒细化可以提高双相钢的加工硬化率。最后，Nb 元素添加导致的晶粒细化可以影响双相钢的强度和延伸率，同时由于提高了微观结构的均匀性，晶粒细化可以提高钢板的扩孔率。
总的说来，晶粒细化对提高双相钢性能是有利的，在适当条件下我们通过调整工艺参数（如：低卷曲温度和高冷轧压下率）来细化晶粒。添加Nb 合金元素也是一个有效细化双相钢的方法。
图1说明了Nb 微合金化对细化双相钢（0.0085C-2Mn-0.5Cr (wt.%)）的效果。
图1 化学成分为0.085C-2.0Mn-0.5Cr 的不含Nb （a ）和含Nb （b ）的双相钢
表1 Nb 微合金强化的双相钢力学性能（0.08C-Mn-Si ）
YS, MPa TS, MPa
% Nb CT: 500o C CT:620o C CT:500o C CT:620o
C
0Ti
0.025%Ti
0Ti
0.025%Ti
0Ti
0.025%Ti
0Ti
0.025%Ti
0 641 667 645 644 979 1001 971
976 0.02
905 905 852 795 1169 1155 1118 1075 0.04 978 964 937 842 1221 1200 1180 1116 0.06 1001 998 934 900 1217
1222
1174
1121
表1说明了Nb(C,N)析出强化和晶粒细化对双相钢强度的提高。添加0.02~0.04%的Nb 到0.08C-Mn-Si 的双相钢中可以显著提高钢板的屈服和抗拉强度（约200MPa ），进一步提高Nb 含量到0.06%则强化效果不显著。总的说来通过添加Nb 元素来提高双相钢的屈服强度对一些防撞部件是必要的。
图1 Nb 对0.085C-2Mn-0.5Cr 双相钢强塑积的影响
通过添加Nb 元素来提高双相钢的强度可以在较低含量的马氏体和低C 含量的条件下得到一定强度的双相钢。比较C 含量分别为0.15%和0.09%，抗拉强度分别大于965MPa 和980MPa 的双相钢，较低C 含量的双相钢具有较低的加工硬化率，但是具有高的较好的冷弯性能和扩孔性能【2】。
最后，添加Nb 元素可以提高双相钢的强塑性，如图3所示。
另外，添加Nb 元素的一个另外的好处是可以在一个宽的退火温度范围内提高钢的强度。
Nb 元素一部分的强化效果来自在较低冷速下得到更多数量的马氏体。
图4 Nb 对0.085C-2Mn-0.5Cr 双相钢抗拉强度影响
TRIP 钢
相比于相同屈服强度级别的传统高强钢和双相钢，具有TRIP 效应的钢种具有高加工硬化率、高均匀变形、高能量吸收、折叠的断裂方式和高的疲劳极限的特征，更适合制造安全部件。
图5 具有不同Nb 含量TRIP 钢的TTT 曲线
试验结果表明，在相同的退火温度条件下，添加0.015-0.03%的Nb 可以起到明显的晶粒细化作用。
实验测量了具有不同Al 和Nb 含量的TRIP 钢的CCT 曲线，在高的退火温度完全奥氏体化的条件
下，少量添加Nb元素可以使其溶解，这样会提高奥氏体的强度。由于存在二相粒子和细小的晶粒，大量添加Nb元素或低加热温度会降低奥氏体的稳定性。
如图5所示，在高Al含量的TRIP钢中，添加Nb元素可以再460-550度的热镀锌温度区间加速贝氏体转变，这样有利于在残余奥氏体中富C和得到残余奥氏体。
图6 Nb元素对含Al-Mn的TRIP钢力学性能的影响
如图6所示，在双相钢中可以观察到相似的结果，在热镀锌TRIP钢中添加Nb元素可以同时提高屈服和抗拉强度，略微降低延伸率，得到一个很好的强塑性。
试验结果表明，在Al-Mn TRIP中添加Nb元素可以提高BH值【4】。
第三代汽车用钢的候选钢种
根据D. Matlock的预言，第三代汽车用钢的微观组织为马氏体（贝氏体）和奥氏体的混合组织。这种类型的组织可以通过中锰钢或QP工艺得到。
中锰钢 Mn含量在4-10%的中锰钢是最有希望满足第三代钢要求的钢种。目前这类钢还不能实现商业供货，但吸引了大家的关注。这种钢中大量奥氏体和奥氏体稳定性来自于细小的晶粒尺寸【6-10】。研究表明，添加Nb元素的中锰钢含有的奥氏体含量大于20%，这是由于Nb元素的晶粒细化导致得到更多稳定的残余奥氏体【11】。
QP工艺目的是通过马氏体中的C向奥氏体扩散来在马氏体组织中得到稳定的残余奥氏体【12】。
根据文献报道，特别是Sugimoto等人的研究结果，TRIP效应导致高加工硬化率对扩孔率有负面影响。这种情况与中锰钢和双相钢中观察到的结果相一致【15】。因此提高扩孔率的关键是提高奥氏体的稳定性，使TRIP效应在变形的初期不发生，而在颈缩发生后发生转变。幸运的是，如文献【16】所示，经过QP工艺处理，薄膜状的奥氏体在变形过程中由于太稳定了，没有发生TRIP效应。
从全奥氏体条件下淬火下来得到QP钢的优点是组织结构均匀：回火的马氏体、残余奥氏体和最后冷却得到的新的马氏体具有相近的强度，这样钢中没有高的内应力和有利于残余奥氏体的转变。图7所示为采用QP工艺得到的微观组织照片。
图7 通过QP工艺处理的钢的微观组织
通过添加Nb元素，经过高温退火、淬火到300~350度，在460度均热，C-Mn-Si- -Mo 钢的抗拉强度TS>1180 MPa，延伸率TE>14%，扩孔率HE>50%。与文献【17】相比，上述工艺具有的高扩孔率可以归结为较短的均热时间(60 s vs. 180)、稍高的均热温度(460oC vs. 450oC)和最为重要的是添加了Nb元素得到更为细小的晶粒组织。
结论
钢中添加Nb元素可以大幅度提高先进高强钢的性能，添加Nb元素的效果如下：
在低C含量和合金含量的条件下通过析出强化和晶粒细化来提高屈服强度和抗拉强度。
通过结构细化来提高钢板的成形性能和提高强塑性。
提高奥氏体的硬度。
在450~500度之间加快贝氏体转变。
上述效果不仅对新发展的先进高强钢有利，并且对第三代汽车用钢同样有效。
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本文出自一本很不好买的书，相当全面，偶然整理，希望对大家学习有帮助 —————————————————————— 有几位选手把我给气乐了，话说这段文章来自我爷爷的手抄本（不过现在老人家现在改复印了，挺时髦的），原书我没看到过所以不知道书名（我们有时候还是比较喜欢上世纪的老版书，比较严谨，实验室王老有本金相可是他老人家的宝贝，轻易不示人）。话说我码字是自娱自乐，目标受众也是学材料的同门，你们一帮连论文都没写过的大神忽然跳出来跟我这指责不尊重知识产权，真是好笑。想讨论问题，我欢迎，想骂人，出门左转菜市场。 —————————————————————— 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍3.5%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在-196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。
钢材中各元素对性能性的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和 冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此 用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高 还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，
使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍 对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶
Q690高强钢的开发 性能指标 Q690属于低合金高强钢，表1为国标与日本欧美同等级钢种化学成分对照表。 表1 牌号 质量等级 化学成分（质量分数）% Q690 C S i M n S P Nb V T i C r N i C u N M o B Al s 不大于 不小于 C 0.18 0.60 2.00 0.030 0.030 0.11 0.12 0.20 1.00 0.80 0.80 0.015 0.30 0.004 0.015 D 0.030 0.025 E 0.025 0.020 S700MC 0.12 0.60 2.10 0.015 0.025 0.09 0.20 0.22 0.50 0.005 0.015 WEL-T EN780 0.05 0.44 1.35 0.18 2.52 0.54 表2为国标与日本欧美同等级钢种力学性能对照表。 表2 牌号 屈服强度 （MPa)(<16mm) 抗拉强度（MPa)(<40mm) 延伸率%(<40mm) 冲击吸收能量 （Kv/J)(-20C O ) Q690 >690 770~940 >14 >47 S700MC >700 750~950 >12 WEL-TEN780 740 830 24 96 根据表2，确定研发Q690的性能指标参照GB\T1591-2008。 即： 屈服强度（MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(%) 冲击吸收能量(Kv/J -20C O ) >690 770~940 >14 >47
Q690在其它钢厂的开发情况 Q690屈服强度高，轧制难度大，目前国内能够生产且生产规模比较大的钢厂有济钢、武钢、南钢、宝钢、舞钢。低合金高强钢板市场济钢市场占有率最高。 目前Q690产品绝大部分属于宽厚板，传统生产工艺为离线调质，直接淬火一回火工艺与离线调质工艺比较, 前者具有降低生产和资金成本和有利于板材性能提高的优点, 已成为国内外钢铁企业开发高强度中厚板产品广为关注的重要技术领域，下表为各大钢厂采用进口的中厚板轧线所配备的高水平直接淬火设备生产的产品级别 宝钢、舞钢、南钢、济钢均采用直接淬火—回火工艺生产Q690级别以上宽厚板产品。 宝钢采用低温大压下+DQ工艺开发出具有良好低温韧性的Q690高强钢厚板，板厚可达80mm,且具有良好的焊接性能，40mm以下Q690CF可实现不预热焊接。低温大压下技术是在较低温度下, 采用较大变形率轧制钢板。采用此方法轧制后的钢板具有稳定的拉伸性能和较高的低温冲击功 济钢生产的Q690在郑煤机、平顶山煤机、北方重工、内蒙一机厂、重庆庆江、淮北矿物局、大同煤矿等多家煤机厂的液压支架制造上进行了成功的实际应用，并在哈焊所进行了焊接工艺评定。 南京钢铁联合有限公司采用C-Mn微合金化的方法生产出高强度低碳贝氏体Q690D(E),为国内首创低碳贝氏体钢宽中厚板（卷）连铸—卷轧短工艺流程技术。
了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、猛、珞、線、钳、鹄、帆，钛，锐、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用： （1）提高钢中固溶体的强度和冷加工硕化程度使钢的韧性和塑性降低。 （2）硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，这是一般弹簧钢。（3）耐腐蚀性。硅的质量分数为15% — 20%的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层Si02薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点：（4）使钢的焊接性能恶化。 2、镭在钢中的作用 （1）镭提高钢的淬透性。 （2）镭对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 （3）镭对钢的高温瞬时强度有所提高。 镭钢的主要缺点是，①含猛较高时，有较明显的回火脆性现象；②镭有促进晶粒长大的作用，因此镭钢对过热较敬感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钮、飢、钛等来克服：⑧当镭的质量分数超过1%时, 会使钢的焊接性能变坏，④镭会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、珞在钢中的作用 （1）珞可提高钢的强度和硬度。 （2）珞可提高钢的高温机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化 （5）提高淬透性。 缺点：①辂是显著提高钢的脆性转变温度②辂能促进钢的回火脆性。4、W 在钢中的作用 （1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）银可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4）银可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐8 /I 蚀。 5、钮在钢中的作用 （1）铝对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性 （3）抗氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。 缺点：钮的主要不良作用是它能使低合金钳钢发生石墨化的倾向。6、钩在钢中的作用 （1）提高强度 （2）提高钢的高温强度。 （3）提髙钢的抗氢性能。
先进高强度钢应用手册 国际汽车钢板研究组织 2006.9 湖南大学汽车车身设计与制造国家重点试验室译（第1版） 2009.1
前言 近几年来，为了减轻汽车重量和提高汽车安全性，汽车钢板的开发技术、应用技术方面有了许多新的发展。由国际钢铁公司资助的项目ULSAB （汽车车身轻量化技术）和USLAB-A VC(先进概念车）等，主要在车身上大量采用先进高强度钢，研究汽车的轻量化设计的一些理念。先进高强度钢的应用，需要新的成形技术和连接技术。 这本指南是汽车钢铁研究组织的多位专家的合作成果。其中，特别感谢以下专家： Dr Heiko Beenken Mr Willie Bernert Mr Klaus Blümel Dr Bj?rn Carlsson Dr Jayanth Chintamani Mr Bart DePompolo Mr Daniel Eriksson Mr Peter Heidbüche … 特别感谢Stuart Keeler博士，他是一位金属成形领域的著名专家。他负责本书的编辑工作。国际汽车用钢组织包括全球的下面钢铁公司: 宝山钢铁公司 …… Edward G. Opbroek 国际汽车用钢组织主席
翻译感言 偶然在网上搜索到这本《ADV ANCED HIGH STRENGTH STEEL APPLICA TION GUIDLINES》，当时非常高兴，这本书中包括了一些工厂中常遇到的一些问题，比如，先进高强度钢与传统钢的区别，DP钢与TRIP钢的区别，各种回弹机理。当时只看了一些感兴趣的章节。后面继续看这本手册，发现中间还包括很大的信息量，激起了翻译该本手册的兴趣。翻译过程中，感觉收获比较多，比如局部延伸率，这在国内文献中很少看到。 本手册第一章介绍了先进高强度钢的微观结构、宏观力学性能等；第二章中介绍了先进高强度钢零件的设计、冲压和应用中的一些问题；第三章介绍了先进高强度钢的连接方法；第一章的知识用于解释第二章、第三章中的某些现象。第四章是书中的一些专有名词及其解释，为了方便读者看英文版本，该章有中文和英文。第五章是参考文献。 阅读本手册，可快速全面掌握先进高强度钢涉及到的问题，对这些问题有个初步的了解。如果对其中某个问题很感兴趣，可以在第五章查找相关的文献，或在实践中研究相关问题。相信该手册对先进高强度钢生产企业、汽车生产企业、模具企业、高校或研究所都有一定参考价值。 由于译者外语水平和知识有限，本文翻译中难免有一些错误之处，请大家批评指正。同时建议读该文献原文，第四章中的词汇为中英文，对阅读原文可能有所帮助。 刘迪辉申光举译 2009年1月30日
各种元素在钢铁中的作用 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 各种元素在钢铁中有什么作用 碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。 铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈 锰（Manganese） 重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。 钼（Molybdenum） 碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。 镍（Nickle） 保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。 硅（Silicon） 有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。 钨（Tungsten） 增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。 钒（Vanadium） 增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒 按钢的用途分类 一、结构钢 （1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。 （2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可
先进高强钢应用优势及未来研究方向 当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。轻量化这一概念最先起源于赛车运动，车身减重后可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。 1轻量化意义 汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性，提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究结果表明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。 2AHSS优势 高强钢、铝合金、镁合金和塑料是当前汽车轻量化的4种主要材料。高强度钢主要用于汽车外壳和结构件。铝合金最适用于产生高应力的毂结构件,如罩类、箱类、歧管等。镁合金具有良好的压铸成型性能,适应制造汽车各类压铸件。塑料及其复合材料通过改变材料的机械强度及加工成型性能,以适应车上不同部件的用途要求。钢铁材料在与有色合金和高分子材料的竞争中继续发挥其价格便宜、工艺成熟的优势，通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力，迄今为止仍然是汽车制造中使用最多的材料。 随着安全性、燃油经济性和驾驶性能标准的不断提升，这对车用材料提出了更高的要求。为应对这一挑战，全球钢铁工业成功研发了具有突出冶金性能和高成形性的先进高强度钢（AHSS）。AHSS具有以下优点： 1）安全性：鉴于钢铁独特的冶金性能和灵活的加工工艺，AHSS产品可以被设计制造成任意特殊形状，为乘员安全提供最佳保护方案。 2）轻量化：工程师们将AHSS与新的先进制造工艺相结合，使用更加轻薄的钢材制造出轻质汽车零部件，不仅保持了原有部件的强度和其他性能，而且在一定程度上还有所提升。 3）可循环利用性：钢材可以100%回收循环利用，而且汽车的生命周期评估表明，与使用其他替代材料相比，AHSS车辆排放量最少。 4）成本合理：工程学研究表明，与传统车用材料相比，AHSS几乎不增加任何成本，而像铝这种低密度材料则需额外增加每磅$2.75以上的成本。同时，多数整车制造厂已配备钢部件加工生产线和技术，AHSS可直接生产应用，而不需额外投入昂贵的新的加工装备和制造工艺。 3AHSS车用情况 2013款雪佛兰Silverado和美国通用GMC1500 SIERRA皮卡在其驾驶舱中使用了超过70%比重的AHSS，这不但增加了车身结构强度，而且还减少了前车架
1、铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 (1) 对钢的显做组织及热处理的作用 A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少 C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向 (2)对钢的力学性能的作用 A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著 B、显著提高钢的脆性转变温度 C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降 (3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用 A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度 B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数 C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢 D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降 E、提高钢的抗氧化性能 F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性 G、由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷 (4)在钢中的应用 A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性 B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能 C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点 D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性 E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如Cr18Ni9等 F、我国铬资源较少．应尽量节省铬的使用 2、钼(Mo) 钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。 在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。 在渗碳钢中钼除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的
常用宝钢钢材标准 一、无间隙原子高强度冷连轧钢板及钢带（Q/BQB 413-2009） 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.50mm～2.50mm的无间隙原子高强度冷连轧钢板及钢带。 通过控制钢中的化学成分来改善钢的塑性应变比（r值）和应变硬化指数（n 值）。由于钢中元素的固溶强化和无间隙原子的微观结构，这种钢既具有高强度，又具有非常好的冷成型性能，通常用来制作需要深冲压的复杂部件。 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定。 二、加磷高强度冷连轧钢板及钢带（Q/BQB 411-2009） 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.50mm～2.5mm的加磷高强度冷连轧钢板及钢带（以下简称钢板及钢带）。 在低碳钢或超低碳钢中，主要通过添加最大不超过0.12%的磷等固溶强化元素来提高钢强度。这种钢具有高强度和良好的冷成形性能，且具备良好的耐冲击和抗疲劳性能，通常用于汽车覆盖件和结构件制作。 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定。 三、冷连轧低碳钢板及钢带（Q/BQB 403-2009）等同于GB/T5213-20008冷轧低碳钢板及钢带 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.17mm～3.5mm的冷连轧低碳钢板及钢带 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定
室温储存条件下，对于表面质量要求为FC和FD的钢板及钢带，拉伸应变痕应符合下表的规定。 钢板及钢带各表面质量级别的特征应符合下表的规定。 四、冷连轧碳素钢板及钢带（Q/BQB 402-2009） 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.17mm～3.5mm的冷连轧碳素钢板及钢带 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定
（ a ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差． （ b ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性． （ c ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优 质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改 善钢的可切削性是有利的． （ d ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合 金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能． （ e）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软 磁性能． （ f）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性． 冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销钉,螺母等标准件.冷镦 工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷 顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大 于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能. 力学性能要求 1．屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。3．钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。 二、化学成份要求冷镦钢 1．碳（C）碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸 长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的 影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球 化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2．锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱 氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑 性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。3．硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉 强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢 的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 4．硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺
简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）
钢铁中五大元素的作用与危害及其分析方法 作者：刘张50905022010 应化2班 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。钢铁生产流程包括：矿山开采→选矿→烧结→炼铁→炼钢→连铸→轧钢等。 钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。有了钢铁，就使得中国国民经济的技术改造成为可能。同时，钢铁工业的发展也有赖于煤炭工业、采掘工业、冶金工业、动力、运输等工业部门的发展。由于钢铁工业与其他工业的关系十分密切，因此许多国家都把发展钢铁工业放在十分重要的地位，并把这种发展与国民经济各部门的发展互相协调起来，保持正常的比例关系。针对此块精英人才，也是目前我国最稀缺的。 五大元素是特指钢铁中的碳、硫、硅、磷、锰五种元素。 五大元素各个化学元素对钢的性能有以下的影响：1、碳(C) 碳是钢铁的主要成分之一它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能，钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。2、硅(Si)：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入，在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。3、锰(Mn)：少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入，钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在，在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。4、磷(P)：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入，以Fe2P或Fe3P状态存在，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。5、硫(S)：主要由焦炭或原料矿石引入钢铁，主要以MnS或FeS状态存在，硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 检测钢铁中碳、硫、锰、磷、硅五大元素的方法：碳元素采用气体容量法硫元素采用碘量法锰元素采用银盐--过硫酸铵氧化光度法。磷元素采用氟化钠--氯化亚锡钼蓝光度法硅元素采用亚铁还原--硅钼蓝光度法钢铁中碳、硫、锰、磷、硅五大元素测量范围：C：0.020～6.000%；S：0.0030～2.000%；Mn：0.010～20.500% ；P：0.0005～1.0000%；Si：0.010～18.000%。
汽车轻量化项目主要包括超轻车身( U L SA B) 、超轻覆盖件( U L SA C) 、超轻悬挂件( UL S AS) 和在此基础上的超轻概念车项目( ULS AB -AVC) , 均是以使用钢铁为基础.除了利用先进高强度钢板外 , 还大量采用了激光拼焊、激光焊接、液压成型和计算机模拟等技术来进行汽车的设计和制造。 AHSS 钢主要包括双相钢( D P)、相变诱发塑性钢( TRI P) 复相钢( CP )和马氏体钢( M)等,这类钢是通过相变组织强化来达到高强度的, 强度范围500 ～1500 MPa 。具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的疲劳强度、高的成型性和低的平面各向异性等优点 D P钢 DP 钢板的商业化开发已近30，年包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品。主要组织是铁素体和马氏体, 其中马氏体的含量在5 %～20 %, 随着马氏体含量的增加, 强度线性增加, 强度范围为500～ 1 200 MPa 。除了AHSS 钢的共性特点外, 双相钢还具有低的屈强比、高的加工硬化指数、高的烘烤硬化性能、没有屈服延伸和室温时效等特点。DP 钢一般用于需高强度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也较严格的汽车零件, 如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等. 热轧 D P 钢的生产是通过控制冷却来得到铁素体和马氏体的组织的, 冷轧和热镀锌DP 钢是通过铁素体和奥氏体两相区退火和随后的快速冷却来得到铁素体和马氏体组织的。 D P 钢的主要成分是C和Mn , 根据生产工艺的不同可适当添加Cr 、Mo 等元素使C曲线右移, 避免冷却时析出珠光体和贝氏体等组织。 复相钢 复相（Complex Phase: CP）钢是指两相在数量和尺寸上有相同的数量级，其组织特点是
汽车用先进高强钢的发展背景 班级：道桥11-1班姓名：杜阳 学号：201110608040 随着环境恶化和能源紧缺问题的日益加剧, 环保、安全和节能的考虑成为汽车制造业的主要发展方向。在减少燃油消耗、减低废气排放的诸多措施中, 降低车重效果最明显。资料表明, 车重减轻10%可节省燃油3% ~ 7% 。因此汽车轻量化成为了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。在汽车轻量化的推动下, 铝合金、镁合金、塑料等零部件的使用比例逐年增加, 使钢铁在汽车材料中的主导地位受到了威胁。鉴于这种情况, 世界各国钢铁公司都花费大量的人力、物力进行综合性能更优异的钢铁材料的研究。研究汽车用新型钢铁材料的问题至关重要, 从某种程度上讲, 最终关系到钢铁工业的生存与发展。 钢铁材料、铝和塑料是制造汽车的3 大材料。铝合金发展很快, 已经向钢铁材料在汽车制造中的统治地位发起挑战, 其优点是质量轻。从耐载荷与耐疲劳强度看, 如果钢的强度级别提高到780MPa 级以上, 则会显示出比铝合金更好的性能优势, 从而诞生了先进高强钢, 其在性能和减重安全方面对铝合金发起挑战。先进高强钢的出现在很大程度上巩固了钢铁在材料领域的主导地位。在实际车体制造方面, 近年来高强钢板的应用在不断提高。国内外开始不断研究先进高强钢的种类和特性。国际钢铁协会先进高强钢应用指南第三。传统高强钢主要包括碳锰钢、烘烤硬化钢、高强度无间隙原子钢和高强度低合金钢; 先进高强钢主要包括双相钢、相变诱发塑性钢、马氏体级钢、复相钢、热成形钢和孪晶诱发塑性钢。传统的高强钢多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段, 而先进高强钢是指通过相变进行强化的钢种, 组织中含有马氏体、贝氏体和/ 或残余
了合金化而加入的合金元素,最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用: (1)提高钢中固溶体的强度与冷加工硬化程度使钢的韧性与塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限与屈强比,这就是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁,就是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点:(4)使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1)锰提高钢的淬透性。 (2)锰对提高低碳与中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点就是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长大的作用,因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过1％时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1)铬可提高钢的强度与硬度。 (2)铬可提高钢的高温机械性能。 (3)使钢具有良好的抗腐蚀性与抗氧化性 (4)阻止石墨化 (5)提高淬透性。 缺点:①铬就是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1)可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2)镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3)改善钢的加工性与可焊性。 (4)镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱与大气的腐蚀。
5、钼在钢中的作用 (1)钼对铁素体有固溶强化作用。 (2)提高钢热强性 (3)抗氢侵蚀的作用。 (4)提高钢的淬透性。 缺点:钼的主要不良作用就是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6、钨在钢中的作用 (1) 提高强度 (2)提高钢的高温强度。 (3)提高钢的抗氢性能。 (4)就是使钢具有热硬性。因此钨就是高速工具钢中的主要合金元素。7、钒在钢中的作用 (1)热强性。 (2)钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8、钛在钢中的作用 (1)钛能改善钢的热强性,提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度;(金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象,叫金属的蠕变) (2)并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上,在珠光体低合金钢中,钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此,钛就是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。 9、铌在钢中的作用 (1)铌与碳、氮、氧都有极强的结合力,并与之形成相应的极为稳定的化合物,因而能细化晶粒,降低钢的过热敏感性与回火脆性。 (2)有极好的抗氢性能。 (3)铌能提高钢的热强性 10、硼在钢中的作用 ; (1)提高钢的淬透性。 (2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用。 11、铝在钢中的作用
先进高强度钢研究与发展状况 传统的高强度钢多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段，而先进高强度钢（AHSS ）是指通过相变进行强化的钢种，组织中含有马氏体、贝氏体和（或）残余奥氏体，主要包括双相(DP) 钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相(CP) 钢、热成形(HF) 钢和孪晶诱导塑性(TWIP) 钢。 先进高强度钢的强度和塑性配合优于普通高强钢，兼具高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高冲撞过程中的能量吸收，这对减重的同时保证安全性十分有利。AHSS 的强度在500MPa到1500MPa之间，具有很好吸能性，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业，主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件；DP钢最早于1983年由瑞典SSAB钢板有限公司实现量产。先进高强度钢开发和研究进展 所有的高速钢的生产都要控制奥氏体相或奥氏体加铁素体相的冷却速度，可以在外围表面进行热磨削（如热轧产品），也可以在连续退火炉中局部冷却（连续退火或热浸涂产品）。马氏体钢是通过快速淬火致使大部分奥氏体转变成马氏体相而产生的。铁素体加马氏体双相钢的生产，是通过控制其冷却速度，使奥氏体相（见于热轧钢中）或铁素体+马氏体双相（见于连续退火和热浸涂钢中）在残余奥氏体快速冷却转变成马氏体之前，将其中一
些奥氏体转变成铁素体。TRIP钢通常需要保持在中温等温的条件以产生贝氏体。较高的硅碳含量使TRIP钢在最后的微观结构含过多的残余奥氏体。多相钢还遵循一个类似的冷却方式，但这种情况之下，化学元素的调整会产生极少的残余奥氏体并形成细小的析出以加强马氏体和贝氏体相。 汽车用高强度钢分为热轧、冷轧和热镀锌产品，其工艺特点都是通过相变实现强化。此外，还有一种热冲压成形模具淬火硬化的超高强钢再欧洲的汽车制造业获得了广泛应用。 随着安全性和燃油经济性需求的增长，汽车工业对高强度、轻质材料的需求越来越大。再汽车轻量化的推动下，汽车中铝合金、镁合金、塑料等零部件的使用比例逐年增加，钢铁在汽车材料中的主导地位也受到了威胁。为提高汽车的安全性并应对来自其他材料的挑战，目前钢铁材料的开发重点是高强度钢。 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。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应力一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