高强度汽车钢

卜子华　徐淑琼

【摘 要】材料性能与工业有着密不可分的联系，高强度钢广泛地应用于现代汽车制造工业。我国长期进行高强度钢论证及实验，但进展较为缓慢，限制较多，先后出现了普通高强度钢、第一代、第二代及第三代先进高强度钢。本文简要介绍了高强度钢的性能及其分类的发展历程与前沿进展，指出了国内第三代高强度汽车钢的研究进展，同时还提出了未来我国汽车用钢的发展方向。

【关键词】高强度;汽车;钢

中图分类号： TG335.56;U466 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）16-0114-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.048

High Strength Automobile Steel

BU Zi-hua XU Shu-qiong

（College of mechanical and vehicle engineering， linyi university， Linyi Shandong 276005， China）

【Abstract】There is an inseparable connection between material properties and industry. High strength steel is widely used in modern automobile manufacturing industry. The argumentation and experiments of it have been carried out for a long time in China， but the progress is slow and there are many limitations. Common high strength steel， the first， the second and the third generation of advanced high strength steel have appeared successively. This paper briefly introduces the development history and frontier progress of high strength steel properties and classification. It points the progress of the third generation high strength automobile steel in China. At the same time， it presents the development direction of automotive steel in China in the future.

【Key words】High strength; Automobile; Steel

0 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。

先進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]。

1.3 先进高强度钢的性能分析

1.3.1 应力-应变关系分析

第一代汽车高强度钢IF钢，即无间隙原子钢（超低碳钢），C、N含量较低，曲线变化很平稳，其抗拉强度为280MPa左右，具有较好的塑性;马氏体钢，其显微组织为马氏体组织，经过相应的热处理工艺，其抗拉强度可达2100MPa。但是第一代高强度钢存在明显问题：抗拉强度大的材料，塑性性能差，伸长率差值达到37%左右。第一代汽车钢并不适用于现代汽车制造行业，由于其强塑积比较低因而又研发了第二代钢铁材料。

第二代先进汽车高强度钢（TWIP钢），当抗拉强度为800MPa时，其塑性变形仅为20%，而随着应力的逐渐提升，当应力达到1200MPa时，其应变达到了58%以上，具有较好的塑性性能，其强塑积远高于第一代汽车用钢。由此可见，经过改进的第二代汽车用钢，碰撞吸能能力更强，且性能相比于第一代要更好，但成本相对较高。

第三代先进汽车高强度钢Q&P钢，处于马氏体状态中的碳，在淬火过程中被分配至残余奥氏体，残余奥氏體因增碳更加稳定，进而提高了钢的强韧化性能。当应变为15%左右时，Q&P钢应力达到最高值，约为1500MPa，换言之，它具有强度高、可塑性强、成本低等优点，被认为是将高强度与良好韧塑性完美结合的新一代高强度钢。

1.3.2 高强度钢的强塑性分析

第一代汽车用钢中的IF钢为低强度钢，伸长率可达50%，具有极其优异的深冲性能，且钢板的屈服和抗拉强度不会随时间变化而出现明显上升的现象，或在冲压时出现拉伸应变痕（滑移线），常用于发动机机油底壳。

第二代先进超高强度钢TWIP钢，在室温下的组织为单一的奥氏体组织和少量退火孪晶组织奥氏体钢，强度可达1600MPa，断后伸长率达到65%以上，具有优异的强度和延展性，良好的耐磨性和耐蚀性。因其具有较高的Mn含量（12%-30%），强度是传统高强钢的2倍，故此钢种可用于改善汽车的碰撞安全性能，在汽车制造行业被广泛关注。

相比于前两代钢种，IF钢虽具有极其优异的深冲性能，但表面易出现起泡、线纹等缺陷。TWIP虽具有优异的力学性能，但是该钢在冶炼、铸造工艺等方面却存在着很大的技术难题。

2009年，具有高强度、高塑性的第三代汽车用钢成功地被中国钢研科技集团在实验室里研发。第三代汽车钢的抗拉强度相比于第一代增加了300%，延伸率可达至35%，然而所用的合金含量却小于第二代汽车钢的1/3，且其成本仅略高于第一代汽车钢[3]。

2 国内第三代汽车钢的研究进展

2016年，河北首卷QP1300第三代汽车钢在河钢邯钢成功下线，相比于第一、二代汽车钢，QP钢第三代汽车钢的代表，具有强度高，可塑性强等特点，目前被广泛地应用于制造现代汽车高强度部件，以提高汽车安全性能并实现汽车轻量化的要求。

2017年12月18日，全球首卷QP1400第三代超高强度汽车钢在辽宁鞍钢成功下线，经检验各项力学指标均符合用钢需求，使得我国鞍钢的制钢能力领先于其他制钢行业，该钢种目前被用于加工汽车结构件、防撞件及内部加强板[4]。

2018年9月25日，全球首卷2000MPa级别热成型钢在河钢唐钢1810生产线成功下线。这是目前全球薄板坯连铸连轧工艺生产的最高强度级别钢种，填补了国际国内薄板坯连铸连轧工艺生产超高强钢空白[5]。

随着我国汽车节能、排放、环保等硬性法律法规的推出，我国坚持自主开发，引进国际前沿技术，积极开展国际合作，将理论与实践相结合，研发具有本国自主知识产权的新技术。未来我国汽车材料的发展应该是将高强度和高塑性（高强塑性）更好地结合起来，且生产成本更低、更易加工，以达到汽车轻化、节能减排及高安全性的要求。

3 结束语

先进高强度钢具有较高的强塑积、良好的耐磨性和耐蚀性，较好的冶炼、铸造工艺性能。超高强度钢在汽车生产中的广泛应用有利于实现车身的有效减重、节能减排、节省生产成本，同时还可提高汽车抗冲击能力和防撞安全性能。

由此可见，高强度钢的不断发展必然会影响我国未来汽车工业的发展方向，我国仍需加强相关技术的研究工作。本文仅是对高强度汽车用钢的综述，对于钢的组织性能及其生产工艺规范与流程不予以深入讨论。

【参考文献】

[1]凌鸿伟.热成形模具磨损的全局灵敏度分析及优化设计[D].湖南大学，2015.

[2]陈飞.热成型试验系统及仿真研究[D].湖南大学，2012.

[3]中国第三代汽车钢研发世界领先[J].钢铁，2011，46（04）：64.

[4]短讯[J].汽车与驾驶维修（维修版），2018（01）：8-10.

[5]全球首卷最高强度级别薄板坯热成形汽车钢在河钢下线[J].轧钢，2018，35（06）：69.