先进高强度汽车用钢的研究进展

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摘要：随着全社会对节约能源，保护环境意识的不断提高，轻量化已成为当今汽车工业的一个重要课题。钢铁材料是目前乃至今后很长一段时间内最适合汽车制造的材料，为了满足汽车工业发展的需求，各汽车制造商和钢铁公司都加快了向高强度钢方向的发展。文中对国内外各种高强度钢的研究以及应用现状进行了简述，并对未来汽车用高强度钢的研究方向进行了预测。

Abstract： With the continuous improvement of the energy and environmental requirements， lightweight has become an important topic for today's automotive industry. Steel is the most suitable material for the manufacture of automobile in the present and future. In order to meet the needs of the developing automobile industry， car manufacturers and steel companies are accelerating to develop high-strength steel. This article introduces the application of all kinds of high-strength steel at home and abroad， and points out the direction of the future high-strength steel for automobile.

关键词：汽车；轻量化；高强度钢

Key words： automobile；lightweight；advanced high strength steel

中图分类号：TG335.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0159-02

0 引言

本文将主要介绍高强度钢中双相钢（DP），相变诱导塑性钢（TRIP），超级贝氏体钢（Super Bainite Steels）和淬火-碳分配（Q&P）钢以及淬火-碳分配-回火（Q-P-T）钢近年来的研究。

1 双相钢

双相钢（Dual Phase Steels）被认为是最早开发用于汽车车身制造的一种先进高强度钢铁材料，它具有强度高以及成形性好的特点。近年来，热处理双相钢的生产技术取得了重大进展，但能实现双相钢工业化生产的只有安赛乐米塔尔，日本JFE公司，中国宝钢等为数不多的几个钢铁企业。表1为几种典型双相钢的研发概况。我国宝钢现今能生产双相钢的最高级别为DP1180，面对飞速发展的汽车产业，怎样进一步提高双相钢的强度级别是钢铁研究者的首要任务。

2 相变诱导塑性钢

相变诱导塑性钢（Transformation Induced Plastic Steels）是一种新型汽车结构用钢，它是通过相变诱导产生塑性效应，具有比较好的成型性和高的强度，在汽车上的应用前景很值得期待。TRIP钢具有屈服强度和抗拉强度高，延展性以及冲压性好等特点，这对减轻车重，降低油耗，保障乘车安全性等具有显著的优势。现在TRIP钢主要用来制作汽车的挡板，底盘和车的冲击梁等部件。在韩国浦项，成型性好的TRIP钢，可用来加工成形状复杂的汽车部件；在日本，TRIP钢已被用在概念车底盘约80种零件上，从而使车的零件重量约减轻12%。随着生产TRIP钢的工艺手段与方法的逐步完善，它的大规模工业化生产即将成为现实，TRIP钢也将有一个更加广阔的应用前景。表2给出了几种典型TRIP钢的研发概况。

3 超级贝氏体钢

贝氏体钢的强度比较高，韧性比较好，深受材料研究者的喜爱。近年来，一种具有良好强韧性能的高强度贝氏体钢，我们称之为超级贝氏体钢（Super Bainite Steels）越来越受到钢铁界的重视。英国剑桥大学的Bhadeshia教授的研究团队，他们把高碳高硅钢淬火至200-300°C的低温，再在此淬火温度等温转变几天后，可得到厚度为20-40nm 的贝氏体板条和板条间富碳的残余奥氏体组成的纳米级组织。这种贝氏体钢的抗拉强度可达2.5GPa，硬度超过 600HV，断裂韧度值为30-40MPa・m1/2，该钢高的强韧性，使它成为汽车轻量化用钢的一个良好备选材料。

虽然Bhadeshia等研发的超级贝氏体钢抗拉强度很高，但由于采用相对高的合金和碳含量，焊接性能差，不太适合大规模的生产应用。清华大学方鸿生[1]教授等降低碳含量，研究了Fe-0.25C-2.5Mn-1.8Si-0.5Cr贝氏体和马氏体复相钢，该钢的抗拉强度为1500MPa，伸长率为13%，相比较而言综合性能有所提高。表3给出了几种超级贝氏体钢的研发概况。

4 淬火-碳分配钢和淬火-碳分配-回火钢

美国科罗拉多矿业大学的 J.G. Speer等人[2]把合金钢淬火至Ms-Mf之间的某一温度并保温，使碳自马氏体分配至奥氏体，稳定一定量的奥氏体至室温，得到的室温组织为条状马氏体被微细的残余奥氏体包围，从而获得超高强度和良好韧性的新型钢种。由于Q&P钢中不含任何微合金化元素（如V、Nb、Ti等），避免了因形成碳化物而消耗碳元素，这有利于奥氏体的稳定，但Q&P钢的强化机制中排除了碳化物的沉淀强化作用。

上海交通大学的徐祖耀教授等人[3]在Q-P工艺基础上，向钢中添加碳化物形成元素如Nb、V、Ti等引入沉淀强化机制，提出Q-P-T（quenching-partitioning-tempering）工艺，即淬火后经碳分配外，并使马氏体和残余奥氏体内析出弥散的复杂碳化物，得到的组织为板条上有复杂碳化物析出的纳米尺寸的马氏体以及板条之间分布的残余奥氏体。另一点，向钢中添加的碳化物形成元素除了弥散强化作用外，还可以起到细晶强化的作用。Q-P-T钢的强韧性比较好，有研究数据表明，对于抗拉强度，低碳Q-P-T钢可达到 1500MPa，中碳Q-P-T钢可达到2000MPa甚至以上。表4 给出了几种Q&P和Q-P-T钢的研况。

5 结语

迅猛发展的汽车工业更加突显出环保、能源等方面的难题。汽车用高强度钢对汽车工业的发展起着举足轻重的作用，是汽车轻量化的关键材料之一。在未来的数年内，我国汽车工业将会取得更大的发展，对汽车用高强度钢的要求也会越来越多，汽车开发公司需进一步加强与钢铁研究者的合作，这对发展汽车用高强度钢板，促进我国汽车行业发展以及提高我国汽车竞争能力大有裨益。

参考文献：

[1]Liu D Y， Bai B Z， Fang H S， et al. Effect of Tempering Temperature and Carbide Free Bainite on the Mechanical Characteristics of a High Strength Low Alloy Steel[J]. Materials Science and Engineering A， 2004， 371（1-2）： 40-44.

[2]Speer J， Matlock D K， De Cooman B C， et al. Carbon Partitioning into Austenite after martensite Transformation[J]. Acta Materialia， 2003， 51（9）： 2611-2622.

[3]徐祖耀.用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火（沉淀）（Q-P-T）工艺[J].热处理，2008，23（2）：1-5.