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汽车用先进高强钢的现状及其在宝钢的发展朱晓东，马朝晖，王 利（宝钢股份公司 研究院，上海，201900）摘要：随着能源危机和环境问题的加剧，节能和安全已经成为汽车制造业最重要的出发点。
为了达到上述目的，减轻车重是非常有效的方法，这导致了先进高强钢的开发和应用发展较快。
通过引用国际汽车轻量化项目的主要研究结果，介绍了先进高强度汽车用钢的技术和设备现状及其未来在汽车行业的应用前景。
此外，结合宝钢先进高强钢的研发情况，探讨了宝钢先进高强度汽车用钢的研发目标和前景。
关键词：汽车； 轻量化； 先进高强钢1 引言随着能源危机和环境问题的日益加剧，节能和安全的考虑成为汽车制造业的主要发展方向。
在降低油耗、减少排放的诸多措施中，降低车重效果最为明显。
车重减轻10％可节省燃油3%～7%[1～3]。
为了降低汽车的重量，近年来，世界各大车厂的汽车逐步增加了高强钢的使用量。
与此发展趋势相适应，钢铁业在高强钢方面的研发投资也有了较大增长。
传统的高强钢多是通过固溶、析出和细化晶粒做为主要强化手段，而先进高强钢（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，包括双相钢（DP）、TRIP钢、复相钢（CP）和马氏体钢（Mart）等。
先进高强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[4,5]。
汽车用先进高强钢（AHSS）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，如图1所示。
此外，还有一种热冲压成型模具淬火硬化的超高强钢在欧洲的汽车制造业获得了广泛应用。
该类钢种在Arcelor的商标为USIBOR1500。
本文将结合汽车轻量化项目及其研究成果介绍先进高强钢的技术现状、先进高强钢的应用前景和宝钢在发展先进高强钢方面所做的努力和目标。
图 1 先进高强钢生产的冷却模式和组织演变示意图2 先进高强钢及其市场现状由于先进高强钢更好地适应了汽车业减重节能的发展趋势，尽管目前的使用有限，但前景被普遍看好。
汽车超高强度钢薄板的选用和加工工艺汽车超高强度钢（AHSS）薄板是现代轿车车身制造过程中的首选材料。
使用该材料后，车身重量会下降20%左右，整车重量会下降3至5%，轿车的燃油消耗下降2%左右，轿车的废气排放情况也会有所改善。
新材料及其相应新工艺中的制定板材技术、智能化冲压技术和激光技术等，使现代车身制造技术产生了一个新的飞跃。
在汽车车身制造的发展进程中，早期的汽车车身是使用低强度钢薄板（如A1、A2、A3钢板），屈服强度少于210MPa。
后来，大多数汽车车身都使用高强度钢板（如HSS钢，包括CMN、HSLA、BH、HSSI F钢等），屈服强度在210Mpa至550MPa之间。
近几年，有些汽车开始采用超高强度钢薄板（AHSS钢中M、DP、TRIP、CP钢），其屈服强度在550MPa至1200MPa之间。
目前全世界拥有6.25亿辆汽车，这成为大量能源的消耗，大量产生排放和噪音，造成环境污染的主要源头。
在汽车制造中采用超高强度钢薄板，是解决汽车车身自重大、噪音大、油耗高、回收利用率低、成本高等难题的有效途径之一。
性能和选用汽车车身用超高强度钢薄板，主要是指AHSS钢，包括：双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、复相钢（CP）和马氏体钢（M）。
这类钢主要通过相应的相变来强化组织结构，达到相对的超高强度（强度范围500至1500MPa），并且具有较高的疲劳强度、成型塑性、碰撞吸收性能、高的减振减重潜能和低的平面各向异性等优点。
DP钢DP钢主要的组织是铁素体和马氏体或奥氏体，其中马氏体含量在5%至20%之间。
强度为500至1200MP a,并具有低的屈强比、高硬化指数、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能，而没有屈服延伸和室温时效等优点。
DP钢一般用于制造高的强度、高的抗碰撞吸收、易成型、要求严格的零件，如车轮轮毂、保险杠、悬挂系统和加强件，也可用在汽车的内外板等零件上。
DP钢主要成份是C和Mn，也可适量加CrMo，使C曲线右移，避免冷却时析出珠光体和奥氏体。
干货汽车轻量化用高强度钢板应用技术研发来源：钢铁共性技术为了提高汽车的燃料效率，满足减排CO2及保护环境的需要，要求汽车车体轻量化。
另一方面，为应对逐年严格的抗冲撞要求以及车载部件的增多，车体重量有不断增加的趋势。
扩大高强度钢板在车体结构上的应用，使车体轻量化是解决车体重量增加问题的必要方法。
近年来，抗拉强度达980、1180MPa级的高强度钢板用于车体结构部件的事例不断增加。
随着抗拉强度的升高，钢板的冲压成形性和焊接性下降。
为了解决这些问题，日本JFE钢铁公司对高强度钢板的冲压成形技术、提高高强度钢板车体刚性和抗冲撞性技术以及焊接技术进行了深入研发。
为了进一步扩大高强度钢板的应用，JFE公司构建了从最佳材料选择到高强度钢板应用技术的解决方案体制。
1高强度钢板的成形技术高强度钢板成形时存在的主要问题是，成形产生裂纹和皱折以及成形品发生回弹，使成形品尺寸精度下降。
此外，随着钢板的高强度化，钢板剪切刀具损坏和冲压卡模问题也日益突显。
为解决这些问题，JFE公司开发出利用CAE和试验方法的预测技术以及相应的解决对策。
1.1关于冲压裂纹的技术1.1.1冲压裂纹预测技术随着强度的升高，高强度钢板的延性和拉伸凸缘性下降。
目前，普遍使用成形极限曲线（FLD）对钢板冲压成形时产生的胀出裂纹和拉延裂纹进行评价。
但是由于扩孔加工和翻边加工时，在钢板端部产生拉伸凸缘裂纹和弯曲加工时钢板外表面产生弯曲裂纹到断裂的机制与上述冲压成形裂纹不同，所以不能用FLD进行评价。
为此，JFE公司开发出拉伸凸缘裂纹的预测方法。
该方法对包括钢板扩孔性、钢板端部应变梯度、剪切加工条件等因素在内的变形极限进行定义，用成形模拟法对拉伸凸缘裂纹进行预测（如图1）。
弯曲加工时钢板外表面产生的弯曲裂纹是无缩颈发生的、从拉伸弯曲的外表面产生的裂纹。
JFE开发出弯曲裂纹的预测方法。
该方法将拉伸弯曲外表面的成形极限作为V型弯曲试验得到的极限表面应变，可对弯曲裂纹进行高精度预测。
宝钢成功轧制世界最薄汽车用超高强钢
厚度仅为0.5毫米强度达到980兆帕
近日，宝钢成功轧制世界最薄的汽车用超高强钢。
其厚度仅为0.5毫米，堪比牛皮纸；强度达到980兆帕，媲美潜艇常用钢材。
目前，该产品已发往用户开展相关的应用试验，未来将首先应用于国内某车型。
近年来，随着人们环保意识的进一步加强以及能源问题的日益突出，汽车行业轻量化已是大势所趋。
车身自重的降低是减少汽车燃油消耗、降低排放的有效途径。
高强钢已被证明是实现汽车轻量化最经济可行的材料，主要应用于汽车的结构件、安全件，可进一步减轻车身重量、提高车身被动安全性以及车辆性价比。
今年初，宝钢接到某用户需求，正式开展了0.5毫米极限薄规格冷轧超高强钢的试制工作。
由于该产品规格薄、强度高，已超出厂内设备的生产能力，汽车板产销研团队通力配合，优化生产工艺、轧制规范以及辊系等，在历经6次试制后，终于取得成功，首验力学性能合格。
节能、安全、环保已成为汽车工业发展的三大主题，汽车轻量化已经成为世界范围内汽车工业发展的趋势。
汽车用钢铁材料的进一步减薄、高强是行业发展所需。
宝钢此次极限薄规格冷轧超高强钢的成功轧制，进一步提升了企业的技术实力，同时有利于积累超薄规格超高强钢的生产经验，为
未来汽车轻量化的深化储备技术，打下材料基础。
汽车用高强钢板的发展现状和趋势一、汽车工业对冷轧钢板性能的要求及冷轧高强钢板的分类1 汽车工业对钢板的要求汽车工业要求冷轧钢板重量轻，成形性好，寿命长，安全性好，环境友好。
首先，汽车轻量化对于提高燃料效率、防止CO2排放所造成的环境污染是极为重要的。
为了解决这个问题，需要提高汽车用钢板的强度。
这样的话，即使钢板厚度减薄，仍然可以保持原来的强度水平。
所谓DP钢、TRIP钢就是为此目的而开发的。
其次，是钢板的成形性，因为它决定了汽车成形过程的生产效率。
一般说来，随着强度的提高，钢铁材料的成形性恶化。
目前，汽车尽管设计多种多样，但是大的趋势是采用流线型，以减少空气的阻力。
具有高塑性的钢板即使经过多阶段的加工仍然可以不发生裂纹。
近年开发的所谓自润滑钢板由于改进了钢板涂层的润滑性能而提高了成形加工的效率。
汽车的外板有可能遭受冲击，如果材料强度过低，很容易发生凹陷变形。
BH钢在成形之后进行烤漆的过程中可以进一步提高其强度，这实际上等于汽车在使用过程中得到了更高的强度，因而具有良好的抗凹陷性。
因此，近年对BH钢的需求不断增强。
汽车需要的另一个重要因素是寿命，即耐腐蚀性，特别在北美为了除去积雪，大量使用对钢有强烈腐蚀作用的氯化钙，对耐腐蚀性提出了更高的要求。
应对腐蚀问题的重要措施是对钢板进行各种表面处理，例如镀锌。
所以，近年表面处理钢板的用量持续增长，尽管其价格比普通钢板要高。
另外，低成本的耐腐蚀钢板也在不断开发出来。
还有一个问题是安全性，特别是与冲撞有关的安全性。
为了保证乘用者的安全，目前正在开发既具有高强度，又具有良好耐冲撞性能的高强钢板，用于汽车的结构件和底盘等部件。
最后，需要开发的高强汽车用冷轧钢板与环境友好。
国际上已经制定了一系列法规和制度，强化环境保护，明令禁止使用对人类有毒害的物质。
近年开发的无3价铬、无铅的涂镀层板，就是顺应这种趋势。
2 汽车用冷轧钢板的成形性能由于汽车用冷轧钢板需要经过成形加工，才能成为需要的零件，所以不仅要求钢板有需要的力学性能，而且要求钢板有良好的成形性能。
汽车用超高强度钢板的研究发展现状钢板是汽车所用钢材中最主要的材料，一辆载货车所用的薄钢板的量约占其钢材总量的1/2，一辆轿车所用的钢板约600Kg-800Kg，占其总量的2/3。
汽车作为现代化的交通工具，正朝着高速、安全、舒适、低成本、低排放与节能的方向发展。
这样，对汽车使用钢板的要求除传统的结构性能外，还必须满足超深冲性，高强度和高抗凹性，良好的耐蚀性和焊接性等要求。
为适应这一发展的需要各种优质钢板相继被开发出来，高强度钢板就是其中之一。
特别是美国和日本，近几年来用此钢板非常积极。
一般普通低碳钢板的拉伸强度为280-320Mpa高强度钢板的拉伸强度在210Mpa以上。
高强度钢板的特点是不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，可以达到减轻汽车车重的目的。
采用高强钢是汽车行业在材料应用上的发展趋势。
在国内高强钢的产品序列中，抗拉强度大于等于550Mpa的钢板为超高强钢板。
运用此类产品加工的结构件，可最大限度降低车身重量，达到汽车轻量化、提升安全可靠性和节能环保的目的。
近几年，国际汽车厂商在新开发的车型上，应用超高强钢板的比例已经达到20%左右。
由于目前这种类型的钢板大多依赖进口，且价格高、供货周期长，国内汽车厂商很少采用。
1、先进高强钢研究开发的热点近年来在汽车用先进高强钢（advanced high strength steel，简称AHSS）的工艺基础研究和应用技术研究方面的开发十分活跃，超高强钢板的强度已达到或超过1500MPa。
目前先进高强钢板已发展到第二代，正在向着高成形性和超高强度的第三代高强钢发展。
在针对和解决汽车用高强钢随着强度的增加，塑性和成形性能显著下降，开裂、起皱、回弹、模具磨损和焊接等问题明显增加，以及如何进一步提高抗冲撞能量吸收值等关键问题时，从高性能先进高强钢的冶金与材料工艺原理出发，研究的热点在以下几个方面:1）新的合金化设计（在洁净钢的基础上，进行Nb、V、Ti、B等的微合金化优化设计等）；2）新的材料组织结构设计（细晶与超细晶，复相组织结构及其强韧化等）；3）结合先进热轧与控冷技术、冷轧、连续退火与快速冷却技术的精确相变与纳米尺寸析出粒子的冶金工艺控制；4）高性能高强钢的表面控制技术（如高强钢板的高表面质量控制、涂镀层界面结合与控制等）及焊接控制（高质量快速点焊、激光焊等）基础等；5）将新的合金设计、钢板制造工艺与新的加工成形技术（如热成形、温成形、液压成形、计算机模拟CAE及智能化技术等）相结合的新材料设计—制造—成形一体化理论与技术基础。
