高强度汽车用钢发展与第3 代汽车高强度钢的探究论文.docx

高强度汽车用钢发展与第3代汽车高强度钢的探究论文1引言近年来世界汽车保有量与日俱增，以越来越大的影响力改变着人们的工作与生活，但同时随之而来的能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。轻型、节能、环保、安全舒适、低成本等成为各汽车制造厂商追求的目标，而节能减排已成为世界汽车工业界亟待解决的问题。国内外汽车厂家采取一系列措施，其中最有效的措施之一是减轻汽车自身质量，即汽车轻量化。有资料表明，厚度为1.0～1.2mm车身用高强度钢板减薄至0.7～0.8mm，车身质量可减轻15%～20%，可节油8%～15%。因此，提高钢材的强度，减薄钢板的厚度成为汽车轻量化的合理途径和不可阻挡的应用趋势。普通大众消费的乘用车高强度钢的应用呈现出飞跃发展态势，即从30%增至60%，先进高强钢和超高强钢每5年约提高5%，相比之下铝合金在车身中应用比例远小于高强度钢板。相关专业人士对2015年车身用钢情况进行了预测，各种钢的用钢比例如图1所示。2高强度汽车用钢的发展汽车用高强度钢板的开发由于车身轻量化要求而得到快速推进。20世纪70年代相继开发出固溶强化钢、析出强化钢、复合组织强化钢(DP钢、CP钢)等钢种。这些钢种的开发多以提高强度为主，对材料的成形性及相关冲压技术的研究较少，所以其用途受到限制。从80年代后期开始，美国率先推出CAEE规定，对汽车的轻量化要求进一步提高，为此开发出以组织调控为特点的高强度钢板，并使之实用化，主要产品有：固溶强化型极低碳IF深冲用钢板(拉伸强度TS=340～440MPa)、烘烤硬化型(BH)深冲用钢板、残余奥氏体组织TRIP型高延展性钢板(拉伸强度TS=590～980MPa)等[2]。这些钢板不仅强度高，而且大幅改善了加工性能。与此同时，对于高强度钢板在车身方面的研究也越来越广泛。1994年，由美国钢铁协会呼吁，国际钢铁协会成立了由18个国家35家钢铁公司组成的ULSAB(UltraLightSteelAutoBody)项目组，目的是采用当时最先进的技术，在不增加成本并维持车身功能与抗冲击安全性的同时减轻车身质量。该项目中汽车车身所用高强度钢与超高强度钢的比列超过90%。在此基础上，1998年3月钢铁企业又开始在全球实施ULSAB-AVC计划，即先进的汽车概念项目，从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构(车身、覆盖件和悬架件等)，为之后新一代高强度钢板的研究推进做出很大贡献。2007年，美国科学家首先提出开发第3代高强度汽车钢。这类钢材性能和成本介于第1代和第2代高强钢之间，其强度高、可塑性强。无论在工业制造还是试验研究方向都有所进展。目前，国内外对于第3代高强度钢的研究不断深入，在不同方面有所创新或发现，其中集成计算材料工程(ICME)取得了最新进展，具备加速最佳先进材料开发的可能。这些材料包括含有大量残余奥氏体的TRIP-TWIP钢，它们可能作为第3代钢而被应用。这种利用集成计算材料工程的方法已经应用到多尺度模型计算，但到目前为止还没有应用到钢铁领域。美国能源部新批准600万美元用于资助创新联盟，该联盟由美国汽车材料合作伙伴(USAMP)、汽车/钢铁合作伙伴(A/SP)、钢材市场发展研究所(SMDI)、5所美国大学以及包括钢材和汽车生产企业的行业伙伴组成。该项目将包括开发计算模型工具，轻量化、安全和燃油经济性更好的汽车用钢的优化。总之，新一代高强度钢板的深入研发和应用前景甚是广阔。3第3代高强度汽车用钢简介及国内外研究状况双相钢(DP)、复相钢(CP)、相变诱发塑性钢(TRIP)和马氏体钢(MART)等的强度范围为500～1600MPa，均具有较高的轻量化潜力、碰撞吸收能、成形性以及较低的平面各向异性等优点，在汽车上得到广泛应用，被称为第1代高强度汽车用钢。第1代高强度汽车用钢的低强塑积(Rm×A)达5～15GPa%，奥氏体含量较低(不足15%)。DP钢微观组织为铁素体+马氏体，TRIP钢成分为铁素体+贝氏体+残余奥氏体。马氏体是通过高温奥氏体组织快速淬火转变为马氏体组织的。2007年，阿赛洛等钢铁厂家进行孪晶诱导塑性钢(TWIP)、具有诱导塑性的轻量化钢(L-IP)的研究。室温下，这些钢种的组织为稳定的残余奥氏体，当施加一定的外部载荷后，由于应变诱导出现了机械孪晶，会产生较大的无颈缩延伸，因而显示出优异的.力学性能、高应变硬化率并具有极高塑性(60%～90%)和较高强度(600～1000MPa)，被称为第2代高强度汽车用钢，该钢高强塑积介于50～60GPa%范围。第2代高强度汽车用钢TWIP钢组织为奥氏体，在变形过程中发生机械孪晶并诱导塑性，从而保证了优良的塑性。第3代先进高强度汽车用钢兼有第1代和第2代高强度汽车用钢微观组织的特点，首先应该是具有高强特点的BCC相和较高组分的具有高强化特性的FCC相的复合组织，即