摘要：随着社会对环境保护和科学合理利用能源的高度重视，汽车制造业寻求强度高、成型性好、密度低的材料来替代传统汽车材料，以减轻汽车的重量，满足社会发展对汽车的要求。节能减排。 要求。 目前，现有的铝合金、镁合金、钛合金等新型成型材料的开发尚未成熟，仅部分应用于汽车制造。 大多数汽车材料仍以钢材为主。 因此，高强度、轻量化的汽车被开发出来。 钢板已成为冶金行业的重要课题。 在保证汽车碰撞符合相关安全标准的前提下，冶金行业已将高强轻量化汽车钢板发展到以淬火分割（Q&P）工艺为代表的第三代。 但第一代、第二代汽车钢板在汽车制造业中也大量使用，并没有完全被淘汰。 本文主要介绍轻量化高强汽车钢板的应用现状及研发进展。
关键词：轻量化； 高强度钢板； 申请状态; 进步
前言
钢具有优异的机械加工性能、经济性和可回收性。 是汽车制造的主要材料，占72%~88%。 据相关统计，截至2016年底，我国汽车保有量已达1.94亿辆，国家信息中心预测，到2020年我国汽车保有量将达到2.5亿辆。相关研究表明，每10车辆质量降低%，燃油效率可提高6%~8%。
世界钢铁协会牵头组织制定了超轻钢车身计划（ULSAB）。 基于该计划的“先进汽车概念”项目以高强度钢（HSS）和超高强度钢（UHSS）为主要材料，减轻了白车身的重量。 重 1/4。 尽管近年来镁合金和铝合金对汽车钢板构成了挑战，但钢铁材料仍然在汽车制造过程中占据主导地位。 因此，轻量化、高强度钢板仍然是各国汽车钢板研究的重点。 白车身（捷达）高强度钢板应用图如图1所示。
1 汽车钢板应用及研发现状
国际上将抗拉强度为270~的钢板归类为高强度钢，将抗拉强度为270~的钢板归类为超高强度钢。 汽车钢板要求强度高、延伸率好，因此强度与延伸率的乘积（强塑品）成为表征汽车钢板的重要指标。 汽车钢板根据其塑性强的特点分为三代。 以IF钢、TRIP钢为代表的第一代强塑性产品一般为10~20GPa·%，以TWIP钢为代表的第二代强塑性产品达到50~80GPa。 ·%。
以淬火配分（Q&P）工艺为代表的第三代强塑制品，介于前两代之间，是目前汽车钢板研究的热点。
1.1 第一代
1.1.1 无间隙原子钢（IF钢）
IF钢(-)是无间隙原子钢。 在炼钢过程中，添加Ti或Nb与钢中固溶的C和N结合，形成强碳和氮的氧化物。 钢中的C和N元素形成强氧化物并被固定。 ，无间隙原子存在，有利于冲压过程中晶粒的择优取向，冲压效果良好。 钢中的Ti、Nb等掺杂元素价格较高，增加了IF钢的生产成本，限制了IF钢的大规模应用。 随着真空脱气技术的出现，Ti、Nb等合金元素的含量大大降低，IF钢已进入大规模工业化生产。
目前国内普冷汽车板主要由宝钢、鞍钢、武钢生产。 宝钢于1990年试制成功，目前可生产CQ至SEDDQ各牌号的IF钢板。 冷轧IF钢的抗拉强度为330~，热镀锌钢板的抗拉强度大于或等于。 鞍钢开发出掺Ti、Nb的IF钢并批量生产，用于汽车外饰件和内饰件。 国外对低合金高强度热镀锌的研究比较深入。 比利时冶金研究中心与国际铅锌协会联合研制出屈服强度200~、强塑性面积10GPa·%的IF钢。 日本将细晶强化与沉淀强化相结合，开发出抗拉强度为的高强度合金化热镀锌钢-GA。
由于IF钢兼具高强度和深冲性能，因此可以加工成形状复杂的零件。 形成了深冲成型、防腐涂层、减重高强三大系列钢板。 用于汽车外饰翼子板、车门、车顶、后盖、前防护板等部位。 IF钢在汽车制造中的应用示例如表1所示。
IF钢的性能是通过采用合金化或晶粒细化等强化机制的组合来提高钢板的抗粉性、成形性和抗腐蚀性能。 与国外IF钢相比，我国自产钢板还存在一些劣势。 缺陷多、性能不稳定等缺点。
1.1.2 DP钢
双相钢（简称DP钢）又称复相钢，是以铁素体为基本组织，与奥氏体、马氏体或贝氏体组成的两相组织形成的钢。 汽车用DP钢主要由F（铁素体）+M（马氏体）组成，如图2所示。马氏体作为硬质相，起强化作用，分布在铁素体周围。 强度随着体积分数的增加而增加。 连续铁素体是延展性的保证。 当受到外力变形时，铁素体中强度较低的相发生塑性变形，从而增加伸长率。 同时，铁素体的抗拉强度也得到提高。 良好的力学性能使双相钢广泛应用于复杂构件的成形。 方面。
热轧双相钢由于生产成本低、生产工艺简单，综合性能良好，适合大规模生产，但存在显微组织控制较差的问题。 热轧双相钢正向高强度、高延伸率方向发展。 以C-Mn-CrDP钢为例，采用分段冷却工艺，掺杂0.10% Ti，生产出抗拉强度为770%的钢板。 钢板中铁素体以纳米级析出相存在，马氏体呈岛状弥散分布。 宝钢部分DP钢的力学性能参数分布、力学性能参数见表2。
DP钢系列中，屈服强度较低的钢具有较好的延伸率，有利于构件的焊接和冲压。 屈服强度较高的适用于高扩孔和滚压成型，并具有较好的焊接性能和弯曲性能。 DP钢主要用于制造强度要求高、碰撞吸收能高、成形性能好的零件。 良好的加工性能使双相钢可以替代重型HSLA，用于制造前后纵梁、保险杠、吸能箱、横梁、B柱加强板等零部件。 宝钢生产的DP钢的实际生产应用实例包括： 如图3所示。
1.1.3 TRIP钢
20世纪20年代高强度钢材应用技术，人们发现金属材料在低于屈服强度的相变过程中会软化并长大，这被称为相变诱导塑性（TRIP）。 TRIP效应具有提高钢材强度和良好成形性的优点，常被用来设计新的钢种，如第二代TIWP钢和第三代Q&P钢。 传统的TRIP钢组织是等温退火得到的铁素体、贝氏体和残余奥氏体。 典型的TRIP钢结构如图4所示。
TRIP钢的组织一般由50%以上的铁素体、较多的贝氏体和处于亚稳态的残余奥氏体组成。 亚稳残余奥氏体含量虽然较低，但对力学性能有着至关重要的影响。 残余奥氏体的形态、数量和稳定性是TRIP钢中产生TRIP效应的先决条件。 残余奥氏体的主要形式为块状和片状。 块状残余奥氏体位于铁素体晶界处，部分位于晶内。 膜状残余奥氏体位于铁素体和贝氏体之间。 晶界之间。 温度、晶粒尺寸、合金元素、残余奥氏体周围组织的强度及其自身强度都会对残余奥氏体的稳定性产生重要影响。 例如C、Si、Mn元素起到稳定奥氏体的作用，w(C)影响残余奥氏体的体积分数； 较高的温度降低了残余奥氏体的相变驱动力并增加了稳定性。 宝钢部分TRIP钢板力学性能如表3所示。
TRIP钢在变形过程中，残余奥氏体转变为马氏体，提高了基体强度和塑性变形能力。 20世纪80年代，TRIP钢的研究逐渐增多。 德国、日本开发并投产了高档钢板和热镀锌钢板，韩国浦项制铁则开发了高档钢板。 中国在这方面起步较晚。 近年来，宝武钢铁、鞍钢在汽车钢板方面加大了研发力度。 但上述钢板尚不成熟，仍需进一步研究开发。
1.2 第二代
TWIP钢的高强度和韧性来自于变形过程中孪晶的形成，而不是TRIP钢中的相变，因此被称为孪生诱导塑性（TWIP）钢。 研究TRIP钢时发现，当钢的化学成分中w(Mn)=25%、w(Al)>3%、w(Si)=2%～3%时，其强塑性产品钢板达到50GPa·%以上。 大约是TRIP钢的2倍。 对这一现象的研究表明，钢板在变形过程中会产生孪晶。 双胞胎的产生阻碍了位错的运动。 孪晶界处积聚大量位错，局部硬化能力提高。 作为塑性变形的一种机制，当变形部分的晶体取向发生变化时，就会发生孪晶，原本处于不利取向的滑移系变为有利取向，进一步刺激滑移。 孪晶和滑移交替发生，使得TWIP钢具有优良的塑性。 上海宝钢生产的HC450/950TW抗拉强度达到47%，断裂伸长率达到47%。 宝钢生产的TWIP钢的组织如图5所示。
研究表明，由Fe-25Mn-3Si-3Al组成的合金具有最佳的TWIP效果，其优异的性能使TWIP钢具有巨大的经济价值。 理论研究发现，单孪晶系统本身产生的最大变形量为41.4%，塑性和强度同时提高。 TWIP钢以其高强度、高塑性、高能量吸收等特点成为新一代汽车用钢的发展方向。 TWIP钢与传统冲压钢的比吸收能对比如图6所示。
第二代TWIP钢解决了第一代铝硅比过高难以大规模推广的问题，但也产生了新的问题，如缺口敏感性、延迟断裂等。为进一步解决上述问题，目前人们正在尝试通过置换钢中固溶原子并调整成分来获得TWIP效应。 KH 等人。 采用DSC工艺制备Fe-Mn-Si-Al系列钢10-15mm厚的试验板； 米振礼等. 开发了含P的高强度TWIP和含Cu、Ni的高性能TWIP钢，并对其进行了加热。 加工等手段可使拉伸强度达到59%以上； 戴永娟等. 研究了低硅低铝TWIP钢，其抗拉强度为57.3%，延伸率为57.3%。 TWIP钢在汽车B柱内板和A柱内板的应用如图7所示。
不同合金元素的添加影响其焊接性能。 目前，TWIP钢的变形硬化机理尚未深入研究，强塑性与成分之间的关系尚未系统建立。 进一步研究孪生机理对于探索形变硬化机理具有重要意义。
1.3 第三代
近年来，以Q&P（和）工艺为代表的第三代汽车钢板正在成为研究热点。 其典型工艺曲线如图8所示。通过升温至完全奥氏体化后再淬火至Ms与Mf之间的温度QT，再升温至Ms以上或Mf与Ms之间的温度保持一段时间，C从马氏体转变为奥氏体。 奥氏体扩散形成富碳残余奥氏体高强度钢材应用技术，降低了马氏体转变温度，从而可以最大程度地保留。
我国宝武钢铁以0.2C-1.5Si-1.8Mn系列钢为基础，采用调质-配分工艺，成功生产出Q&P1000钢。 其强塑性面积达到20GPa·%以上，用于国产轿车B柱冲压成型。 科罗拉多矿业学院和 POSCO 合作研究了不同 C 和 Mn 含量对钢的结构和性能的影响。 实验发现，完全奥氏体化的0.2C-3Mn-1.6Si和0.3C-3Mn-1.6Si系列钢表现出更好的强度和韧性的结合。 庄宝通等人发现，马氏体的回火程度和残余奥氏体量是影响强塑性的重要因素。 在马氏体明显回火之前，影响其塑性的主要因素是奥氏体。 随着配分时间的增加、增加，钢化效果变得更加明显。 徐祖耀介绍了基于Q&P工艺的碳化物强化机理，提出了QPT工艺，即淬火-分布-回火（沉淀）工艺。 研究发现其成分为w(C)=0.5%、w(Si)=1.0%～1.5%、w(Mn)=1.0%～1.5%或w(Ni)=1.0%～1.5%、w( Nb)=0.02%，w(Mo)=0.2%，QPT处理后的强塑性优于QP工艺，为Q&P工艺的发展提出了新的思路。 部分淬火分布钢的概况如表4所示。
目前Q&P工艺的研究主要集中在组织成分和工艺对力学性能的影响，对分布过程中w(C)的变化机理研究不够深入。 在研究Q&P工艺时，大多数学者采用完全奥氏体化的方法，也有学者采用两相区加热的方法，获得一定量的铁素体和奥氏体，然后进行配分过程。
TG钢还采用亚稳奥氏体作为复杂相结构。 基体组织的硬质相和具有TRIP效应的奥氏体提高了钢板的强塑性。 尽管Q&P钢和TG钢具有相同的材料科学本质，但它们的热处理工艺设计思路却完全不同。 典型的TG钢热处理工艺曲线如图9所示。
TG钢与Q&P钢的区别在于亚稳奥氏体的来源。 TG钢完全淬火后，钢中基本不含奥氏体。 亚稳定奥氏体是通过临界区间退火产生的，而Q&P钢是在淬火后产生的。 残留一些奥氏体。 控制C的分布对于这两种工艺都非常重要，但Mn元素的分布和温度控制在TG钢中也非常重要，因为TG钢的温度比较敏感且难以控制。
TG钢通过退火使奥氏体分布在马氏体板条界面上，奥氏体的出现细化了马氏体晶粒。 这符合我国近年来高强钢的设计开发思路：多相、亚稳态、多尺度（，，），即“M3”规范发展。 工艺和成分的差异使得Q&P钢比TG钢具有更高的抗拉强度，但延伸率更低，塑性更强。 TG钢较高的延伸率使其强塑性产品达到30GPa·%以上。 典型Q&P钢和TG钢的力学性能比较如表5所示。
2 结论
汽车钢板已发展到第三代。 在原有合金成分的基础上，结合新的热处理工艺和改进的相关生产设备，可以生产出新一代高强度汽车用钢。 研发和生产成本相对经济。 汽车用钢高强度、高塑性的特点，使其理想组织应为马氏体和奥氏体的复合组织，并以“亚稳、多相、多尺度”为组织控制目标，生产强塑性制品更高的汽车钢板也对实验和生产过程中合金元素含量、保温时间和温度的精确控制提出了更高的要求； 我国钢铁工业应及时有效抢占先进高强度汽车钢板发展前沿，开发新产品、新技术，使我国汽车用钢早日跨入世界先进水平行列。
