能源和环境问题日益突出，人们对汽车安全性能的关注度持续增加。在要保证安全的情况下，实现车身的轻量化正成为汽车工业的主要发展方向。在降低油耗、减少排放的诸多措施里，减轻车重的效果十分明显。
钢铁是制造汽车的三大材料之一，它是汽车车体的主要材料，并且性价比最高。先进高强钢是一种优秀的车用轻量化材料，它的发展和应用为节能减排提供了重要途径。采用先进的高强度钢板，能够在满足强度要求的同时，把冲压件的厚度和数量有效地减少，以此达到减重的目的；另外，使用高强度钢板，更便于达到安全性能指标的要求。在白车身的制造过程中，近些年来，高强钢板的应用以及使用比例一直在不断地提高。
目前的冷冲压工艺在成形高强度钢板时存在明显不足，容易出现开裂的情况，也容易出现回弹等缺陷，并且无法满足产品的要求。热成形技术是一种新型成形工艺，能够有效地弥补高强度钢板的成形缺陷。它具备成形能力高的优点，零件回弹小，成形零件的强度级别也高。目前，该技术已在全球各大汽车公司的多种车型中广泛应用，尤其在对碰撞要求较高的部位重点使用，比如汽车门槛、前保险杠横梁、B 柱等。
汽车先进高强钢在白车身上的应用现状
近年来，国内外企业持续对各种先进高强钢进行研究与开发。在国际钢铁协会先进高强钢应用指南的第三版里，高强钢被分成了传统高强钢和先进高强钢。传统高强钢包含碳锰钢、烘烤硬化钢、高强度无间隙原子钢以及高强度低合金钢等。先进高强钢包含双相钢、相变诱发塑性钢、马氏体钢、复相钢、热成形钢和孪晶诱发塑性钢等。
图1 高强度钢板在汽车上的应用
传统高强钢主要以固溶、析出以及细化晶粒作为强化手段。先进高强钢指的是通过相变来进行强化的钢种高强度钢材应用技术，其组织中包含马氏体、贝氏体和残余奥氏体。汽车用的先进高强钢分为热轧、冷轧和热镀锌产品，这些产品的工艺特点均是通过相变来实现强化的。
先进高强钢的强度在 500 及以上，它的强度和塑性配合比普通高强钢要好。这种钢同时具备高强度以及较好的成形性，尤其加工硬化指数较高，这有利于在冲撞过程中提高能量吸收。因此，它在减重和安全性方面有着双重优势。
汽车先进高强钢在国外的应用现状
汽车厂在高强钢使用方面有其发展历程。宝马汽车在高强钢使用方面，在欧美地区的发展速度较为突出。宝马 5 系列不同年代上市的汽车，1998 年版汽车用料的平均最小屈服强度有所增加，到 2012 年版又进一步增加。高强钢在其中的使用比例大幅度提升，宝马旗下 Z4 的高强钢板应用比例高达 55%。2009 款宝马 5 系车型的高强钢使用比例从 62.1%提高到 2010 年的 72%。
日本在高强度汽车板的生产与使用上具备显著优势。1997 年，日本就启动了“超级钢铁材料”的国家研究计划，该计划为期 10 年。其主要目标是让钢铁材料的强度翻倍且寿命翻倍。2015 年，日本开发出了具有良好延展性和扩孔性的高级冷轧钢板，在业界这是首次出现。目前日本政府主导的科研项目“创新型结构材料研发”包含一个子项目“超高张力钢材开发”，该子项目进展较为顺利。其目标是在 2020 年前研发出抗拉强度为 1.5GPa 且延伸率为 20%的超高强度钢板。目前，该项目的中期目标，即抗拉强度为 1.2GPa 且延伸率为 15%的超高强度钢板，已经在实验室试制成功。美国通用公司方面，2004 年高强钢的使用率有大幅上升的情况。同时，低碳钢的使用率减少到了 40%。并且，先进高强钢的使用率达到了 12%。到了 2006 年，先进高强钢的使用率已经达到了 18%。2016 年通用公司旗下全新一代君越，其车身高强度钢材比例达到 41%。在 A 柱这个核心区域，屈服强度在 900 及以上的超高强钢被大量应用。在 B 柱这个核心区域，屈服强度在 900 及以上的超高强钢被大量应用。在门槛梁这个核心区域，屈服强度在 900 及以上的超高强钢和热成形钢被大量应用。
先进高强钢在世界范围内已获得一定应用，并且展现出在减重、安全以及环保方面的优势。可以相信，它将成为汽车减重的主要材料。
汽车先进高强钢在国内的应用现状
汽车工业得到了发展，汽车产量在增加，汽车保有量也在增多。这给人们出行带来了方便，同时也引发了油耗、安全和环保这三大问题。为了确保汽车工业能够健康发展，各个国家都制定了相应的法规。而各国的汽车工业界认为，要满足各项法规的要求，比较有效的手段就是采用高强度轻量化的材料。先进高强钢的最大优势在于：能够提升材料的强度，在所需性能保持不变或者略有提升的情况下，使板材构件的厚度变薄，进而降低构件的质量。
目前，国内传统高强钢在品种和质量方面与国外相比差距不大，相应的国家标准已由宝钢负责完成制定。然而，先进高强钢与欧美等发达国家和地区存在一定差距，其使用的标准也主要是由这些国家制定的。近几年，我国汽车工业发展迅猛。整体技术水平提升很大，先进高强钢的应用大幅增加，促进了国内先进高强钢的开发和生产。目前，宝钢、鞍钢、马钢等主要钢铁企业在积极开发先进高强钢。宝钢经过多年发展，已迅速成为中国热冲压领域的先驱者。宝钢目前已基本掌握热冲压系列核心技术，实现了阶段性跨越式发展。2007 年年底正式成立。2008 年上半年，宝钢建成了第一条热冲压生产线，该生产线以研发为主且兼顾小批量生产。2009 年 9 月，宝钢的第二条热冲压生产线建成投产，其开发的抗拉强度为某值和某值的热冲压成形钢，已经开始大量生产供货。宝钢至今已向江淮、华晨、奇瑞等汽车厂进行小批量供货，其生产的热冲压零件在尺寸精度和力学性能方面都已达到行业先进水平。近几年，宝钢正在开发抗拉强度极高的热冲压成形钢。
先进高强钢成形方法简介
先进高强钢的减薄和高强在减重与安全方面具有优势，不过也给冲压成形工艺带来了新的挑战。这两个优势对于冲压工艺来说，是会恶化成形性的双重因素，会导致车身零件在成形过程中容易开裂，并且容易产生过量回弹，而冲压件的回弹通常是用 U 形件的拉深试验来进行测定的。先进高强钢相较于软钢和传统高强钢，回弹更大，并且难以控制。尤其是当钢板初始强度大于某值时，传统的冷冲压方法难以生产结构和形状较为复杂的车身零件，所以需要合适的解决办法。
为解决这一难题，热冲压技术出现了。热成形工艺利用金属在高温状态下会有塑性和延展性迅速增加、屈服强度迅速下降的特点，借助模具让零件成形。先将特殊的高强度钢板加热到 900℃左右，让其易于拉延成形，接着进行速冷，使钢板抗拉强度达到一定程度，以此达到零件对超高强度的要求。最后进行涂油（防锈处理）。
先进高强钢的热冲压技术，宝钢等相关单位在对热冲压技术、关键设备进行研究。国内大学在研究高强度汽车板热冲压工艺方面，同济大学机械与材料学院取得的成果较多。该学院主要针对热冲压过程中，对钢板的加热温度以及钢板内部组织结构的变化模式进行模拟研究，同时也对冲压速度、保压时间、淬火速度、冲压模具温度变化等对成形的影响进行模拟研究。
先进高强钢在白车身开发中的应用及发展前景
汽车未来有市场需求，钢厂需具备制造级及以上高强钢的能力，这样才能适应未来市场需求高强度钢材应用技术，也才能在减重、节能、提高安全性、降低排放等方面展现出良好的应用前景和好的竞争力。然而，随着先进高强钢被大量应用，相较于过去采用大量软钢的情况，在成形过程中，起皱、回弹、模具损伤、开裂、翘曲等成形问题和困难大量涌现。因此，下一阶段先进高强钢研发及应用的主要研究任务之一是完善其成形技术。
我国先进高强钢的研发现状及发展趋势主要如下。
目前正在进行先进高强钢的生产与研究。其中，宝钢、鞍钢、马钢等企业具有代表性，它们主要开展强度在级及以上的热冲压材料的开发工作。同时，还要在现有的强度级别基础上，进一步提高其延伸率，从而满足强度及碰撞方面的要求。
防腐蚀性方面。先进高强钢在强度与成形性上展现出良好应用前景。然而在现代汽车工业中，既要采用高强度和先进高强度钢，又要为确保汽车的防腐蚀性能，加大对镀层板的研究和产业化力度，同时提高镀层板的品种与质量，以此来提升先进高强钢材料的抗腐蚀性。
研究先进高强钢的热冲压成形以防止回弹技术。材料的特性对其成形工艺起着决定作用，材料强度越高，成形后零件的回弹就越大，而防止这种成形缺陷的技术难度也就越大，先进的成形方法特别是防回弹技术，是未来的主要研究方向之一。
新型热成形模具钢材料需要进行研究开发。目的是有效提升模具的热传导性能以及抗拉毛特性，让模具的使用寿命得以增加，同时提高生产节拍。所以亟需研发出具备高导热、高耐磨、高韧性的热冲压模具钢材料。
先进高强钢热冲压成形的模具设计技术方面，在冲压过程中需做到升温、保温与降温过程中模具内温度尽量均匀，以防止因热应力过高而导致模具损坏；并且要对热成形模具模内淬火分析以及疲劳寿命预测分析技术进行研究；此外，冲压设备的选择匹配也是模具设计的难点之一。
先进高强钢热冲压成形的计算机模拟技术研究。要解决的关键问题包括把先进高强钢精确的材料本构模型嵌入到数值模拟软件里，接着要进一步对高强钢的热成形有限元数值模拟建模技术进行研究。
