第三代汽车用钢中锰钢的开发

ART退火和不同轧制条件对中锰钢微观组织以及拉伸性能的影响人类社会对于汽车安全、环保、低排的迫切需求,使得汽车车身轻量化技术研究在近几年取得了极大的进步。

为了降低汽车耗能,同时又保证汽车的安全性,具有超高强度又兼具较好塑性等的综合性能良好的第三代先进高强钢的研发和应用应时而生。

本文设计了Fe-0.11C-5.23Mn-1.11Al的合金成分,采取金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等实验设备,研究了试验钢在不同工艺参数下的ART热处理工艺对微观组织及力学性能的影响,并研究了不同轧制工艺试验钢的组织演变规律、力学性能,进行了ART工艺和QT工艺对比,分析了不同热处理方式下试验钢微观组织和力学性能的特点,确立了ART热处理工艺的特色和优越性,主要结论归纳如下:(1)热轧试验钢采取奥氏体逆转变(ART)热处理工艺,室温下可获得铁素体,残余奥氏体以及少量马氏体的复相组织,其工艺的最佳双相区退火温度为625℃,最佳保温时间为4h,最佳冷却方式为水淬,试验钢最佳力学性能为抗拉强度817MPa,延伸率70.3%,强塑积可达57.14GPa·%。

(2)试验钢采取温轧轧制方式时,可明显的细化原始晶粒,并且可以获得更加稳定的长条状奥氏体,残余奥氏体含量可以达到56.8%,试验钢的综合性能得到明显改善,此时强塑积为57.56GPa·%。

(3)试验钢经过QT热处理,室温下可以获得马氏体、铁素体和残余奥氏体的复相组织。

相比于ART工艺,QT工艺试验钢组织中残余奥氏体含量较少。

因此,组织中大量的马氏体可较好地改善试验钢的强度,但少量残余奥氏体不利于发挥形变诱发塑性效应增强塑性。

(4)QT工艺试验钢的抗拉强度普遍高于ART工艺,而延伸率低于ART工艺。

温轧QT工艺试验钢有较好的综合性能,其中试验钢的抗拉强度达1359.7MPa,延伸率为有31.9%;其强塑积明显低于温轧ART工艺试验钢。

综合性能ART热处理钢明显比QT热处理钢要好。

鱼与熊掌兼得的艺术：三代先进高强钢材料人轻量化专栏里很多次提到过高强钢，但往往是作为与碳纤维、铝合金比较而提及，今天，我们就为大家介绍经常被提起的产品。

不夸张地说，先进高强钢的应用和发展是危机下的产物。

在20世纪70年代之前，当时的汽车用钢主要性能指标是硬度。

在这一方面，高强钢与软钢没有什么区别，所以在汽车上应用很少。

而到了80年代，汽车业开始讲究燃油效率，迫使制造商们开始采用传统高强钢。

但到了90年代，危机来了！汽车设计者们开始采用铝合金、镁合金、纤维复合材来为汽车减重。

虽然这些材料的成本比钢铁要高，但是燃效和环保的压力让汽车制造商们觉得还是值得发展。

而当时先进高强钢成本高、难以焊接，虽然比起传统高强钢的韧性高，但是还是难以让汽车制造商引起兴趣。

于是，世界钢铁协会联合18个国家、34家钢企，组成“21世纪超轻量型汽车开发企业集团”，并启动了一系列项目，试图通过在以钢铁为基本材料的前提下，从结构设计、制造技术、零部件形状等多方面减轻汽车重量。

这里可能就要问一句了，为什么钢铁如此紧张汽车业呢？谁叫它俩爱得如此深沉呢！中钢协有数据称，汽车用钢目前占国内钢产量的8%，而国外是15%。

在基建市场疲软的大环境下，钢企普遍亏损，唯独几个生产汽车板的企业还能赚些钱。

要是汽车这块阵地也丢了，后果可想而知……当然，结果还是很理想的。

项目认为，先进高强钢预计使用比例超过 60%，在不增加成本的前提下，可实现车身减重 35%的目标，同时满足五星级安全碰撞标准。

此后，钢铁企业和协会，时不时地论证一番：先进高强钢才是汽车业轻量化的真爱。

车用钢材，通常可以分成：软钢、传统高强钢和第一代、第二代、第三代先进高强钢。

他们各自的伸长率和抗拉强度范围如下图：从这个表里可以看到，软钢具有很好的伸长率，意味着加工性能非常好，但抗拉强度最高不过300Mpa以内。

软钢主要有2个类别：低碳钢(Mild steel)和无间隙原子钢（IF steel)。

中锰汽车钢激光焊接焊缝组织与韧性摘要：中锰汽车钢是为满足汽车轻量化、安全性和低成本的生产要求而研制的第三代先进汽车钢，其含锰量（质量分数）为３％～１２％，热轧后在两相区进行退火，退火过程中通过控制Ｍｎ元素的含量，完成奥氏体逆转变，室温组织中保留有一定比例的奥氏体组织。

热轧中锰钢室温组织为亚微米级的板条状铁素体和奥氏体双相组织，板条间存在大量的位错和颗粒状的碳化物。

通过细化晶粒和弥散强化的方式提高材料强度，组织中的奥氏体可发生相变诱导塑性，保证整车的安全性能，而钢中除Ｍｎ外的合金元素的控制又有效降低了中锰钢的生产成本，使第三代中锰钢弥补了第一代钢塑性低、第二代钢成本高及后续加工困难等不足，因此中锰汽车钢的工业应用前景广阔。

关键词：中锰钢；激光技术；焊接焊缝；引言近年来，人们对中锰钢进行了大量的研究工作。

在逆转变奥氏体退火过程中，为实现奥氏体稳定性和奥氏体中C、Mn的富集，需要增加退火时间，导致中锰钢的制备周期延长和生产成本增加。

这就需要对中锰钢AＲT工艺中合金元素配分的规律进行深入研究，试图寻求退火温度和保温时间最佳的组合，而通过奥氏体逆相变过程的热力学计算，可高效地获得试验研究所需的逆相变退火工艺参数配置，节省时间、节约成本、缩短试验流程。

1中锰钢的成分设计1.1中锰钢的成分设计Mn元素Mn是中锰钢中很重要的一种合金元素，既可稳定奥氏体和扩大奥氏体相区，又可以提高奥氏体体积分数和降低Ms点。

保证在室温下可以获得高体积分数的亚稳态奥氏体组织，在后续的变形阶段发生TRIP和TWIP效应提高中锰钢的强度和塑性。

尽管过高的Mn含量会促进大量奥氏体的形成，但过高的奥氏体含量未必会促进优越的力学性能，这也是限制第二代汽车钢发展的原因。

另外，过高的Mn含量会导致中锰钢在凝固阶段发生严重的偏析现象，不利于后续的加工和力学性能的优化。

1.2C元素C作为钢铁材料中不可或缺的元素，其可通过固溶强化以及析出强化（与其他元素形成纳米级碳化物）来提高中锰钢的强度，也可通过细晶强化来优化中锰钢的综合力学性能。

我国汽车轻量化现状及发展趋势发布时间：2021-06-29T11:13:46.213Z 来源：《基层建设》2021年第6期作者：付清洁李新雷[导读] 摘要：本文从我国汽车轻量化技术的现状及当前存在的问题，分析了我国汽车轻量化面临的困境。

山东交通技师学院山东临沂 276000摘要：本文从我国汽车轻量化技术的现状及当前存在的问题，分析了我国汽车轻量化面临的困境。

从轻量化材料发展、轻量化先进工艺技术发展和轻量化结构优化设计技术发展三方面对汽车轻量化技术发展趋势进行了研究，并提出了我国汽车轻量化发展的愿景。

关键词：轻量化节能减排现状趋势当前，能源需求与环境污染的压力日益加大，但汽车在人们的生产生活中所起的作用决定了其不可替代性，因此，如何减少汽车能源消耗与降低排放污染物成为必须面对和解决的主要问题之一。

汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要途径，已经成为世界汽车发展的潮流。

汽油乘用车每减重100kg将节油0.39L/100Km，汽车质量每降低10%，可降低油耗6%—8%，排放下降4%。

发展汽车轻量化，是我国节能减排的需要，也是产业结构调整的需要，更是提升我国汽车产品国际竞争力、建设汽车强国的需要。

一、我国汽车轻量化技术现状经过多年发展，我国自主品牌乘用车在轻量化设计、材料和工艺的应用方面都取得了长足的进步，缩小了与合资品牌的差距。

政府、社会、企业和用户对汽车轻量化的认识也在不断加深。

在《中国制造2025》等一些列文件中，都已将支持轻量化材料的发展和应用列入其中，并在国家“十三五”重点研发计划中做出了相应的安排。

但是，由于我们起步较晚，基础较弱，跟国外发达国家的差距仍然不可忽视，汽车产品的轻量化水平仍有较大提升空间，汽车轻量化技术发展环境也需要进一步改善，主要表现在： 1.1对轻量化的认识深度。

现在，经常用车辆的整备质量或某种材料的用量来衡量一个车型的轻量化水平，因此忽略了针对不同市场或不同消费群体车辆的用材策略对产品市场竞争力的影响。

Mn-Cr系齿轮钢的发展与研究方法发布时间：2023-04-12T00:41:38.304Z 来源：《科学与技术》2023年1期作者：李东阳1，刘冰1，*，邹琦1 [导读] 齿轮钢是汽车用材中要求较高的关键材料之一，其质量不仅影响车辆寿命、能耗等经济技术指标，李东阳1，刘冰1，*，邹琦1（1.辽宁科技学院，辽宁本溪 117004）摘要：齿轮钢是汽车用材中要求较高的关键材料之一，其质量不仅影响车辆寿命、能耗等经济技术指标，而且对于满足汽车的安全、舒适及环保要求也至关重要。

本文介绍了Mn-Cr系齿轮钢的发展现状、趋势、存在的问题和研究方法。

关键词：齿轮钢、研究方法中图分类号：TD41 文献标识码：ADevelopment and Research method of Mn-Cr Gear SteelLi Dong-yang,LIU Bing,ZOU Qi(1.Liaoning Institute of Science and Technology,Liaoning Benxi 117004,China)Abstract: Gear steel is one of the key materials in automobile materials. Its quality not only affects the economic and technical indexes such as vehicle life, energy consumption, but also is very important to meet the requirements of safety, comfort and environmental protection of cars. This paper introduces the development status, trend, existing problems and research aspects of Mn-Cr gear steel. Key words: gear steel; research method1研究概况和发展趋势近年来，随着汽车行业引进车型的增多，国产汽车齿轮钢的品种和需求量明显增多，汽车齿轮钢的开发与研制成为特钢厂研究的核心内容，齿轮钢的性能提升对钢铁企业有着至关重要的影响。

中国最可怕黑科技一、超级钢技术中国研制的超级钢，在技术上已经达到2200MPa并实现了量产。

北京科技大学罗海文教授团队运用他们在第三代汽车用锰钢时积累的经验，成功突破了超级钢研制的难题。

对于特种钢，要么具有高屈服度，但延展性较弱；要么延展性优良，屈服度不强，也就是两者优点同时兼备十分很难。

但最新的超级钢，不但具有高屈服度，而且又有高延展性。

《科学》期刊报道，中国研发出的新型特种钢，拥有2200Mpa的和16%的均匀延伸率，获得了极佳强度和延展性。

若拿各种船只钢材强度来比，普通民用船只需要250Mpa超级钢，而军舰则需要300Mpa左右的超级钢，能起飞重型战斗机的大型航母则需要达到800Mpa以上，深海潜艇则需要达到1100Mpa以上。

因此，2200Mpa的超级钢能够完美满足绝大多数场景的使用要求。

中国的超级钢有2大优点：一是成本低。

中国的超级钢是成分简单的中锰钢成分体系，其中，含有10％的锰、0.47％的碳、2%的铝、0.7%的钒，材料都是钢材料中常见的合金元素，没有通过使用昂贵的合金元素来提高强韧性；二是容易规模化生产：超级钢是通过工业界广泛使用的加工工艺来制备，比如热轧、冷轧、热处理等常规工业制备工艺，不是采用那些难以规模化工业生产的特殊加工工艺来制备。

因此，这种超级钢具备进行百吨级规模工业生产的潜力。

二、稀土分离加工技术中国是稀土加工技术强国，是全球唯一一个有稀土精炼能力的国家。

1）中国化学家徐光宪建立了自主创新的串级萃取理论，并且推导出100多个公式，成功设计出数套工艺流程，实现了稀土的回流串级萃取。

采用徐光宪科研成果生产的单一高纯稀土，实现了中国由稀土资源大国向稀土生产加工大国的转变。

中国出口的已不是稀土矿，而是加工过的高纯度稀土。

2006年，中国生产的单一高纯度稀土已占全球产量的九成以上，彻底打破美、法、日等国家对国际稀土市场的垄断格局。

因此，徐光宪被称作“稀土界的袁隆平”。

2）孙晓琦团队研发出新型清洁高效分离技术，团队不断开拓新型萃取体系，推动清洁高性能稀土分离技术的研发，率先开发出新型清洁高效“分离术”。

高强度汽车钢卜子华; 徐淑琼【期刊名称】《《科技视界》》【年(卷),期】2019(000)016【总页数】2页(P114-115)【关键词】高强度; 汽车; 钢【作者】卜子华; 徐淑琼【作者单位】临沂大学机械与车辆工程学院山东临沂 276005【正文语种】中文【中图分类】TG335.56; U4660 引言我国的汽车工业目前以加工组装和生产中低档车为主，在国际汽车市场中，难以与高端汽车品牌竞争。

为了顺应国家环保、节能、低碳、安全的时代发展潮流，我国的汽车行业不断地引入先进生产技术并着重研发轻量化高强度钢，打造拥有自主品牌和自主知识产权来提高国际竞争力和出口能力，以改变我国贸易逆差的现状。

本文对现有的高强度钢种进行了简单阐述与简要分析。

1 几种典型的汽车用钢1.1 高强度汽车钢的分类高强度汽车用钢目前可分为三代，第一代先进高诱导塑性钢等；第二代先进高强钢分为TWIP孪晶诱导塑强钢分为FB钢、IF钢、马氏体钢、TRIP相变性钢、L-IP诱导塑性轻钢、SIP剪切带强化钢[1]；第三代先进高强度钢分为TBF贝氏体基相变诱导塑性钢、δ-TRIP钢、纳米贝氏体钢、中锰TRIP钢、Q&P钢等。

先进钢材不断地在现代汽车制造行业更新换代，同时先进超高强度钢的引进不仅会尽可能地减少汽车零件用材，达到汽车轻量化的要求，还可对国民经济、科研领域等发展等产生巨大影响。

为实现这一目标，首选方案是选用乃至研发比强度高的材料，由此可见，我国材料发展面临着诸多严峻挑战。

1.2 普通钢及先进高强钢分类按照国际钢铁协会USL-AB项目，可将钢种按其力学性能进行分类，分为低强钢、高强钢和超高强钢。

超高强钢的抗拉强度Rm(σb)＞700MPa，屈服强度Re(σs)＞550MPa；低强钢的抗拉强度Rm(σb)＜270MPa，屈服强度Re(σs)＜210MPa；高强钢的力学指标介于这两者之间。

其中，低强度钢分为IF钢和软钢；普通高强度钢分为碳锰钢、BH钢、高强度IF钢和HSLA钢等；先进高强度钢（AHSS）包括双相钢、TRIP相变诱发塑性钢、CP钢和马氏体钢（M钢）等[2]。

Fe-Mn-Al-C系低密度钢及其强韧化机制研究进展林方敏;邢梅;唐立志;武学俊;章小峰;黄贞益【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2023(37)5【摘要】汽车行业的迅速发展使得能源消耗、环境污染等问题日益严重,而开发高强度且轻量化的汽车用钢对节能减排具有重要意义。

目前正在研发的第三代先进高强钢包括轻质(Lightweight)钢、Q&P(Quenching and partitioning)钢和中锰钢(Mn质量分数为5%~10%)。

其中,Fe-Mn-Al-C系低密度高强钢由于Al元素的加入,在密度降低的同时保持着良好的力学性能,满足第三代汽车用钢对轻量化的要求。

同时,由于大量Al、Mn和C元素的添加,Fe-Mn-Al-C系低密度钢的冶炼连铸、微观结构、变形机制、加工过程及应用性能与传统钢种大不相同。

本文系统阐述了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计及其中合金元素的作用,介绍了低密度钢的微观组织结构特征;重点讨论了单一铁素体钢、奥氏体基钢、奥氏体基双相钢和铁素体基双相钢的各种强韧化机制,包括固溶强化、细晶强化、沉淀强化及其独特的应变硬化机制,如相变诱导塑性(TRIP)、孪晶诱导塑性(TWIP)、微带诱导塑性(MBIP)、剪切带诱导塑性(SIP)和动态滑移带细化(DSBR)等;并就层错能(SFE)对奥氏体钢变形机制产生的影响进行了总结;最后,对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的强韧化机制研究进行展望,为后续研究者的工作提供参考。

【总页数】8页(P158-165)【作者】林方敏;邢梅;唐立志;武学俊;章小峰;黄贞益【作者单位】安徽工业大学冶金工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG142.1【相关文献】1.基于热力学理论的Fe-Mn-Al-C系低密度钢层错能计算模型2.Fe-Mn-Al-C低密度钢强化机制与拉伸性能研究进展及Nb微合金化展望3.Fe-Mn-Al-C系低密度钢开发中数值模拟的应用4.低锰铝系Fe-Mn-Al-C低密度钢的高温热塑性研究5.Al 元素对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的影响特性综述因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

新型汽车用高强度中锰钢研究现状及发展趋势
近年来，随着新能源汽车技术的发展，汽车结构设计和重量减轻受到越来越多的关注，高强度中锰钢的研究也被越来越广泛的关注。

高强度中锰钢是一种具有较高强度、良好的可塑性、良好的抗压性、低的热扩性能、
高的韧性及良好的可抛热性等优点的新型超强钢。

在交通运输装备，特别是新能源汽车行业，高层次的安全性和效率性能都在不断提高。

高强度中锰钢可以提高结构刚度，把重量
减轻30~50%，增加汽车整体安全性和行驶稳定性。

将汽车隔震系统优化，增加发动机动力，改善汽车的抗碰撞甚至可以以较低的价格获得更好的保护力度。

所以，钢应用于新型车辆
的设计重要性不言而喻。

研究人员把高强度中锰钢的研究重点放在性价比、加工精度和表面质量上，以满足越
来越严苛的新能源汽车行业应用要求。

他们采用改变材料结构，控制过热及淬火、冷变形，组合加工及微弧搅拌抛丸等设备加工精度，使高强度中锰钢性能有了进一步提升，实现了
更好的应用效果。

在未来的发展方向中，高强度中锰钢在新能源汽车行业的应用和实现前景及其潜在的
结构优化与重量结构减轻应用将是未来发展趋势。

随着新能源汽车技术的发展，高强度中锰钢应用于新能源汽车行业越来越重要，它也
被越来越多的人所关注。

研究人员努力提高高强度中锰钢的性能，使其可以满足汽车零部
件的设计要求，同时实现重量减轻，把汽车安全性和效率性能提高到更高的水平。

未来的
发展方向必定以结构优化和更多的重量减轻技术为主，以达到更好的汽车性能和成本效益，推动高强度中锰钢应用于汽车领域的发展，将是一个趋势。

矿床地质MINERAL DEPOSITS2023年12月December ，2023第42卷第6期42（6）：1310~1318我们生活中有一种元素，虽然它常不是主角，但很多时候都有它的身影，从新能源电池到高铁的轨道，从不锈钢保温杯到计算机磁盘，从农业饲料到医药消毒剂（赵民，2022）。

虽然它总是显得那么低调又那么不起眼，像一位无足轻重的配角，事实上，这位配角却发挥着许多不可替代的作用，它就是“锰”。

1锰的发现及其化学属性锰，黑色金属家族中重要成员之一，尽管如今锰伴随着人类的发展，与我们的生活息息相关，但在18世纪70年代之前，人们对锰还知之甚少，原因在于它常常变化身形，隐匿于多种化合物中，使其极易被忽视。

1774年，瑞典科学家甘恩（图1）从他的朋友舍勒提纯过的软锰矿粉，与木炭和油等一起在坩埚中加热1小时后，最终首次分离出纯的金属锰。

后来又经过3年研究，甘恩确定软锰矿为一种新金属的氧化物，并把这种新金属定名为锰（Manganese ），从此被我们所熟知的锰家族就正式以“Man ‐ganese ”的称号登上了历史舞台。

锰元素符号为Mn （图2），位于元素周期表中第四周期第七副族，原子序数为25，原子量54.938。

熔点1244℃，沸点2060℃。

锰是一种非常活泼的金属，可以直接和水反应放出氢气。

锰通常与铁、铬合称为“黑色金属”，但纯净的金属锰并非黑色，而是呈银白色金属光泽（图3），是一种硬度和脆性都很高的金属，因其金属性质活泼，在空气中若长时间暴露会被氧化生成氧化物覆盖层，看起来显得发黄甚至发黑（图3）；在加热条件下，锰常氧化形成层状氧化锈皮，这种氧化膜比较复杂，外层主要是黑色的四氧化三锰和棕黑色的二氧化锰。

这些氧化物的黑色，以及锰与铁形成的黑色合金钢，是锰被归类为“黑色金属”的原因。

2锰矿物与锰矿类型2.1锰矿物锰是一种亲石元素，它以氧*本文得到国家自然科学基金项目（编号：U1703242和编号：42302081）的联合资助第一作者简介徐一帆，男，2001年生，研究生，地质学专业。

第16卷第1期精密成形工程2024年1月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING77汽车用先进高强钢本构模型与韧性断裂模型研究进展巢成新1，于强1,2*，李秋1（1.天津职业技术师范大学机械工程学院，天津 300222；2.西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049）摘要：轻量化是当前汽车行业全产业链共同面对的课题，提高先进高强钢使用比例是实现汽车轻量化的有效手段。

对先进高强钢本构模型与韧性断裂模型的充分研究有助于提高先进高强钢开裂分析和预测的准确性，从而推动先进高强钢工程的应用进程。

目前，在先进高强钢的研究过程中，学者们通常通过多种应变强化模型的线性组合，或结合微观结构与宏观力学行为进行多尺度分析来建立本构模型；通过多种应力状态下的准静态拉伸实验以及使用仿真与实验混合的方法来标定韧性断裂模型的参数。

以第三代先进高强钢中的淬火配分（QP）钢为重点讨论对象，介绍了制备工艺与材料特性及其相关研究进展，并介绍了QP钢本构模型的研究现状、新近发展的非耦合韧性断裂模型以及考虑了应力三轴度和罗德角参数影响的韧性断裂模型在先进高强钢上的应用现状，最后指出了先进高强钢本构模型和韧性断裂模型未来的研究方向。

关键词：轻量化；先进高强钢；冲压成形；本构模型；韧性断裂模型DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.009中图分类号：O346.1；TG142.1 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)01-0077-10Research Progress on Constitutive Model and Ductile Fracture Model ofAdvanced High Strength Steel for Automotive ApplicationsCHAO Chengxin1, YU Qiang1,2*, LI Qiu1(1. College of Mechanical Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China;2. State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, School of Mechanical Engineering,Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)ABSTRACT: Lightweight is a common topic in the whole industry chain of automobile industry. Increasing the proportion of high strength steel and reducing the amount of steel are effective means to achieve lightweight of automobiles. Sufficient re-search on the constitutive model and the ductile fracture model of advanced high strength steel can help improve the accuracy of crack analysis and prediction of advanced high strength steel, thereby promoting the engineering application process of ad-vanced high strength steel. In the prevent research of advanced high strength steel, scholars usually use a linear combination of multiple strain strengthening models to construct constitutive models, or conduct multi-scale analysis combining microstructure收稿日期：2023-07-08Received：2023-07-08基金项目：天津市科技计划（18JCTPJC64500）Fund：The Science and Technology Plan Project of Tianjin (18JCTPJC64500)引文格式：巢成新, 于强, 李秋. 汽车用先进高强钢本构模型与韧性断裂模型研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1): 77-86. CHAO Chengxin, YU Qiang, LI Qiu. Research Progress on Constitutive Model and Ductile Fracture Model of Advanced High Strength Steel for Automotive Applications[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 77-86.*通信作者（Corresponding author）78精密成形工程 2024年1月and macroscopic mechanical behavior to establish constitutive models. The work aims to calibrate the parameters of ductile fracture models through quasi-static tensile experiments under various stress states, using a mixture of simulation and experi-mental methods. With quenching partitioning steel (QP) steel in the third generation of advanced high-strength steel as the main object, the preparation process, material properties, and related research progress were introduced. And the research status of constitutive models for QP steel was introduced. The newly developed non-coupled ductile fracture model was also introduced, along with the application status of the ductile fracture model considering the influence of stress triaxiality and Lode angle pa-rameters on advanced high strength steel. Finally, the future development directions of constitutive models and ductile fracture models were pointed out.KEY WORDS: lightweight; advanced high strength steel; stamping forming; constitutive model; ductile fracture model汽车轻量化不仅能降低汽车油耗、实现节能减排，还有助于提升车辆的可回收性和驾驶性能，是汽车制造业的重要发展方向[1]。

世界金属导报/2017年/5月/16日/第B10版品种质量国内外高强韧性低密度钢的研发进展章小峰杨浩阚中伟李家星施琦黄贞益本文结合国内外含Mn、Al低密度钢的研究现状,针对Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分特征、组织特征及强韧性形成机制,介绍了低密度钢中各元素的作用,相图的热力学计算,层错能、孪晶和不同类型析出物形态、大小等对其变形机制的影响,并基于现有的研究,展望了高强韧性低密度钢下一步的研究方向。

1低密度钢的定义与特征伴随着汽车市场的迅猛发展,对汽车轻量化和防撞安全性要求的提高,早期的第一代汽车钢(如DP钢、TRIP钢、HSLA钢等)、第二代汽车钢(如TWIP钢、奥氏体钢)越来越与当前"减重、节能、降低碳排放"的绿色制造理念不相适应了,第三代汽车用钢已经成为各国研发机构和企业日益关注的一个焦点。

国际上对第三代汽车用钢是基于适中的强韧性和制造成本而提出的,从目前的研发路线来看,主要有中锰钢、Q-P钢/Q-P-T钢、TRIP+TWIP钢等,分别是从钢种成分、制作工艺、强韧化机制方面来命名的。

基于先进钢铁材料在"强度、韧性、轻量化"这三大性能指标的要求,作为第三代汽车用钢的一个新的研发方向,高强韧性低密度钢主要通过在Fe中添加较多的轻质元素Al、Mn、Si等元素进行合金成分设计,显著降低钢材密度,通过调控基体组织和析出相构成、形态,平衡钢材的强度和塑韧性,使之具有高的强塑积和低的密度等特征。

通常的低密度钢成分体系主要有Fe-Mn-Al-C系、Fe-Mn-Si-Al系。

Fe-Mn-A1-C系低密度钢的Mn含量约为5%-30%,Al为3%-15%,C为0.1%-1.5%(重量百分比),具有很高的强塑积。

与Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢(成分为高Mn(约20%-30%)、Al(约1.5%-3%)、Si(约2%-3%)、低C(<0.4%))室温下的组织是稳定的奥氏体不同,Fe-Mn-Al-C系低密度钢的密度更低,常温下组织中含有大量k 型碳化物(Fe,Mn)3AlC),可以为铁素体、奥氏体、铁素体-奥氏体双相,或者它们的复合相,组织调控难度也较大,生产工艺更繁复。

中锰钢的发展历史中锰钢，作为一种特殊的钢材，因其具有优良的机械性能和耐腐蚀性，在许多领域都有广泛的应用。

以下是中锰钢的发展历史：一、早期研究与开发中锰钢的研究始于20世纪初。

早期的研究主要集中在通过添加不同含量的锰来改善钢材的机械性能。

在这个阶段，研究人员发现，通过增加钢中锰的含量，可以显著提高钢材的强度和韧性。

这一发现为中锰钢的进一步发展奠定了基础。

二、工业化生产与应用随着技术的进步和市场需求的发展，中锰钢逐渐实现了工业化生产。

在二战期间，中锰钢因其优异的机械性能和耐腐蚀性，被广泛应用于制造军用装备和基础设施。

这推动了中锰钢的生产技术和应用领域不断发展。

三、技术进步与创新进入20世纪后半叶，中锰钢的生产技术和应用领域不断取得突破。

随着轧制技术的发展，中锰钢的强度和韧性得到了进一步提升。

此外，研究人员还开发出了多种具有特殊性能的新型中锰钢，如耐热中锰钢、耐磨中锰钢等。

这些新型中锰钢的出现，进一步拓宽了中锰钢的应用范围。

四、可持续发展与环保随着全球环保意识的提高，中锰钢的生产也更加注重可持续发展和环保。

现代的中锰钢生产工艺采用低能耗、低排放的技术，同时，一些新型的中锰钢还具有回收再利用的特性，这使得中锰钢在满足高性能需求的同时，也符合了可持续发展的要求。

五、未来展望随着科技的进步和市场的变化，中锰钢的发展前景仍然广阔。

未来，中锰钢将继续在强度、韧性、耐腐蚀性等方面进行改进和提升。

同时，随着环保要求的提高，中锰钢的环保性能也将成为研究的重点。

此外，随着新技术的不断涌现，如3D打印技术等，中锰钢的生产和应用方式也将发生变革。

这些技术的发展将为中锰钢带来更多的可能性，推动其不断向前发展。