第三代高强度汽车钢的性能与应用

2018年第1期时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第45卷第1期Vol.45No.12018年1月Jan.2018作者简介：胡新平（1986-），男，江西上饶人，大学本科，助理实验师，主要研究方向：汽车制造与装配。

第三代高强度汽车钢的性能分析与运用胡新平，罗琴琴(,342515)摘要：文章以第三代高强度汽车钢的性能分析与运用为研究对象，首先对第三代高强度钢进行了简要的分析与概述，并对其进行了相应分类，随后研究分析了第三代汽车用钢性能及运用评价以供参考。

关键词：第三代高强度钢；性能分析；运用1第三代高强度钢概述及分类在汽车的用钢领域内，钢产品最重要的指标是强度，一般情况下，对于钢抗拉强度大于340Mpa 级别的钢，我们称之为高强钢。

对于钢抗拉强度大于780Mpa 级别的钢，我们称之为超高强钢。

对于钢板来说，材料强度与钢板的成形性能呈反比关系，即钢板材料强度越高，而相应钢板成形性能就会下降，造成很大的冲压困难，因此对于汽车厂对材料提出的高要求也无法得到相应满足。

基于此，相关钢铁研发人员在材料中引入FCC （奥氏体）相，由于奥氏体本身具有很强的相变强化作用，因此在已有先进钢基础之上得以进一步实现先进高强钢性能提升，当前已研制出了全奥氏体组织第二代先进汽车用钢与部分奥氏体组织第三代先进高强汽车用钢。

其中第三代汽车用钢是以贝氏体或马氏体为基本，然后配合适当的残余奥氏体，从而其延伸率与抗拉强度的乘积达到了20至40GPa%，处于第一代与第三代钢的蓝海区域，已是当下研发汽车用钢的热点。

当前第三代高强钢主要分为三种，一种是Q&P 淬火与碳分配分退火工艺低合金钢，最早由美国科罗拉矿业学院J G Speer 教授提出，该类型钢已能达到量产水平。

一种是粉末冶金工艺生产的第三代汽车钢，由美国纳米钢公司提出，但由于该类型刚制作成本太高，因此不利于全面推广。

最后一种是由TRIP 钢工艺结合奥氏体逆转变ART 工艺研发出的0.1%C-5%Mn 的中锰高强钢，生产成本低且易于生产，当前已完成实验室研究与相关应用验证。

高强高塑第三代汽车钢的研发1董瀚，王存宇，时捷，曹文全（钢铁研究总院，北京 100081）摘要：本文首先简要介绍了先进高强钢的发展状况和高强高塑第三代汽车钢的研发情况。

在此基础上，本文重点介绍了钢研总院及其合作单位在第三代汽车钢领域的基础研究、工业试制、零件冲压情况。

所研发的第三代汽车钢具有优异的力学性能和较低成本，试验钢的抗拉强度在700-1600MPa范围内，强塑积可达30-50GPa%；太钢的工业试制获得了第三代汽车钢热轧钢板与冷轧钢板，其抗拉强度为700-900MPa，强塑积不小于30GPa%。

研究认为，第三代汽车钢的高强度与高塑性主要归因于超细双相组织与大量奥氏体的相变诱发塑性作用。

本文还简要介绍了第三代汽车钢在一汽与湖南大学的应用情况。

最后对第三代汽车钢的未来发展潜力进行了探讨。

关键词：第三代汽车钢，高强高塑，超细双相组织，相变诱发塑性Abstract: At first, R&D of the third generation automobile sheet steel (TG steel) with high strength and high ductility are briefly introduced. And then, the basic research, industry trial, and stamping of the TG steel are presented in details. It is shown that excellent mechanical properties of the steels prepared in laboratory scale at CISRI are of 700-1600MPa for tensile strength and of 30-50% for the product of tensile strength (Rm×A) to total elongation. The mechanical properties of steel sheets produced in the industry trials are of 700-900MPa for tensile strength and no less than 30GPa% for Rm×A. This combination of high strength and high ductility is believed to be attributed to the ultrafine duplex structure and the role of the phase transformation induced plasticity (TRIP effect). The stamping trials of TG steel sheets in First Automobile Works and in Hunan University are introduced in brief. At last, the potentials of the TG steel are discussed.Key words: Third generation automobile steel, strength and ductility, ultrafine duplex microstructure，TRIP effect 0.前言首先，钢材是构成汽车的主要材料，其高强化成为汽车轻量化的首要目标，通过轻量化达到汽车的节能减排势在必行；第二，汽车碰撞安全性法规也促进汽车使用更高强度和更高塑性的钢材。

高强度汽车用钢发展与第3 代汽车高强度钢的探究1 引言近年来世界汽车保有量与日俱增，以越来越大的影响力改变着人们的工作与生活，但同时随之而来的能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。

轻型、节能、环保、安全舒适、低成本等成为各汽车制造厂商追求的目标，而节能减排已成为世界汽车工业界亟待解决的问题。

国内外汽车厂家采取一系列措施，其中最有效的措施之一是减轻汽车自身质量，即汽车轻量化。

有资料表明，厚度为1.0～1.2 mm 车身用高强度钢板减薄至0.7～0.8 mm，车身质量可减轻15%～20%，可节油8%～15%。

因此，提高钢材的强度，减薄钢板的厚度成为汽车轻量化的合理途径和不可阻挡的应用趋势。

普通大众消费的乘用车高强度钢的应用呈现出飞跃发展态势，即从30% 增至60% ，先进高强钢和超高强钢每5 年约提高5%，相比之下铝合金在车身中应用比例远小于高强度钢板。

相关专业人士对2015 年车身用钢情况进行了预测，各种钢的用钢比例如图1所示。

2 高强度汽车用钢的发展汽车用高强度钢板的开发由于车身轻量化要求而得到快速推进。

20 世纪70 年代相继开发出固溶强化钢、析出强化钢、复合组织强化钢(DP钢、CP 钢)等钢种。

这些钢种的开发多以提高强度为主，对材料的成形性及相关冲压技术的研究较少，所以其用途受到限制。

从80 年代后期开始，美国率先推出CAEE 规定，对汽车的轻量化要求进一步提高，为此开发出以组织调控为特点的高强度钢板，并使之实用化，主要产品有：固溶强化型极低碳IF 深冲用钢板(拉伸强度TS=340～440 MPa)、烘烤硬化型(BH)深冲用钢板、残余奥氏体组织TRIP 型高延展性钢板(拉伸强度TS=590～980 MPa)等[2]。

这些钢板不仅强度高，而且大幅改善了加工性能。

与此同时，对于高强度钢板在车身方面的研究也越来越广泛。

1994年，由美国钢铁协会呼吁，国际钢铁协会成立了由18 个国家35 家钢铁公司组成的ULSAB(Ultra Light Steel Auto Body)项目组，目的是采用当时最先进的技术，在不增加成本并维持车身功能与抗冲击安全性的同时减轻车身质量。

高强度钢的重要作用
高强度钢具有以下一些重要作用：
1.提高汽车性能：高强度钢通过改变车身的刚度以及重量，进而间接地优化了汽车的整体性能。

例如，更强的刚度可以提高车身的抗变形能力，减少车辆晃动，提供更舒适的驾乘环境。

重量轻化则可以直接提升汽车的加速性能和燃油经济性。

高强度钢因其强度高、质量轻的特点，可以用来替代传统的普通钢，实现车身重量降低，提升汽车的动力性能。

2.提高碰撞安全性：高强度钢可以增加车身的抗撞击性，保护乘员的安全。

这些钢制成的车身结构可以更好地分散撞击力，同时保持乘员舱的稳定性。

3.优化乘坐舒适性：高强度钢还具有噪音、振动和声振粗糙度（NVH）方面的优势，有助于降低车辆的振动，提高乘坐舒适性。

4.降低维护成本：更长的使用寿命意味着高强度钢可以减少汽车的维护次数和维修成本。

高强度钢在提高汽车性能、提高碰撞安全性、优化乘坐舒适性和降低维护成本方面发挥着重要作用。

然而，这些优势的实现取决于汽车制造商如何设计和应用高强度钢，以及高强度钢的具体类型和强度。

简说高强度钢在汽车轻量化中的应用的论文简说高强度钢在汽车轻量化中的应用的论文1 汽车轻量化的途径及材料应用趋势1.1 汽车轻量化途径目前，全球中型乘用车平均质量约为1 200~1 400kg，发达国家力争在2015年将中型乘用车整车质量减轻到1 000 kg以下。

实现汽车轻量化主要有以下几种途径：一是采用轻质材料，如使用低密度的铝及铝合金、镁及镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等;二是使用高强度钢替代普通钢材，降低钢板厚度规格;三是采用先进的制造工艺，如激光拼焊、液压成形、铝合金低压铸造及半固态成型技术;四是优化结构设计，即对汽车车身、底盘、发动机等零部件进行结构优化，采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等。

1.2 汽车材料的应用趋势近年来，轻质材料的应用逐渐增多，汽车内饰件业已塑料化;铝、镁合金主要以铸件或锻件的形式应用于汽车发动机、变速器等零部件上，以及豪华车和特种车辆的车身制造中。

由于成本高、成型工艺复杂及焊接性差等原因，铝、镁合金在车身制造中尚未大规模应用。

高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面较铝、镁合金具有明显的优势，能够满足减轻汽车质量和提高碰撞安全性能的双重需要，从成本与性能角度来看，是满足车身轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。

除了疲劳强度外，高强度钢在应用中的各个性能指标均正比于板厚和相应的材料性能的n 次方的乘积。

如压溃强度Ps∝tσb2n、撞击吸能AE =t 2σb2n 等。

因此，高强度钢板能够大幅度增加零件的抗变形能力，提高能量吸收能力和扩大弹性应变区。

高强度钢应用于汽车零件上，可以通过减薄零件厚度来减轻车身质量;当钢板厚度分别减少0.05、0.10、0.15 mm时车身可减重6%、12%、18%。

车身用钢向高强度化发展已经成为趋势。

2 高强度钢的强化机理与分类2.1 高强度钢的强化机理高强度钢的强化机制主要有固溶强化、析出强化、组织强化、烘烤硬化、细晶强化.2.2 高强度钢的主要种类根据强度分类，屈服强度在210~550 MPa和抗拉强度在270~700 MPa的钢为高强钢(HSS)，而屈服强度大于550 MPa和抗拉强度大于700 MPa的钢为超高强钢(UHSS)。

一二三代高强钢分类
一、高强钢的分类
高强钢是指具有较高屈服强度和抗拉强度的钢材，常用于建筑、桥梁、船舶等工程领域。

根据生产工艺和材料成分的不同，高强钢可以分为一、二、三代。

1. 一代高强钢
一代高强钢主要采用合金元素的微合金化控制技术，通过添加微量合金元素如钒、铌、钛等，来提高钢材的强度。

这些合金元素可以在晶界处形成稳定的碳化物，从而限制晶界的移动，增加钢材的屈服强度和抗拉强度。

一代高强钢具有优异的焊接性能和低温韧性，被广泛用于汽车、船舶等领域。

2. 二代高强钢
二代高强钢采用热处理技术，通过控制钢材的组织结构和相变过程，来提高钢材的强度。

热处理包括正火、淬火和回火等工艺，可以使钢材的晶粒细化、相变组织均匀化，从而提高钢材的屈服强度和抗拉强度。

二代高强钢具有较高的强度和韧性，被广泛应用于建筑、桥梁等领域。

3. 三代高强钢
三代高强钢采用微合金元素和热处理技术相结合的方法，通过合理
控制钢材的成分和工艺参数，来提高钢材的强度和韧性。

三代高强钢具有更高的屈服强度和抗拉强度，同时具有优异的焊接性能和低温韧性，被广泛应用于船舶、海洋工程等领域。

总结起来，一、二、三代高强钢分别采用微合金化控制技术、热处理技术以及微合金化和热处理相结合的方法来提高钢材的强度。

它们在不同领域有着广泛的应用，为工程建设提供了可靠的材料支持。