第三代先进高强钢的研发进展
第三代先进高强钢的研发进展
张志勤黄维高真凤
(鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山 114009)
摘要：介绍了先进高强钢的发展现状和第三代先进高强钢的设计构想，并从七个方面阐述了第三代先进高强钢的研究进展，即DP钢、改进型TRIP钢、超细晶贝氏体钢、淬火-碳分配钢、快速加热和冷却工艺、高锰TRIP钢和低锰TWIP/TRIP钢。
关键词：第三代先进高强钢研发进展
Research Development
for Third-Generation Advanced High-Strength Steel
Zhang Zhiqin Huang Wei Gao Zhenfeng
(Technology Center of Angang Steel Co., Ltd., Anshan City Liao Ning Province, 114009)
Abstract: In this paper, the development of advanced high-strength steel and the design ideas of the third-generation advanced high-strength steel are introduced, the development status of the third-generation advanced high-strength steel in seven directions are discussed, such as DP, modified TRIP, ultrafine grain bainite ,Quenching & Partitioning, Rapid heating and cooling, high Mn TRIP and low MN TWIP/TRIP steels.
Key Word: Third-Generation Advanced High-Strength Steel; Research；Development.
1前言
近几十年来，为满足汽车工业更安全、更轻量化、更环保以及更经济油耗的需求，先进高强钢（AHSS）一直是材料研发工作的重点。据预测，到2015年，在世界轻型车车身及其封闭件中，AHSS钢将增加到35%，而低碳钢将从2007年的55%下降到29%。近年来各国一直致力于第三代AHSS钢的研发，美国科学家首先提出了第三代AHSS钢的概念，美国汽车/钢铁联盟在DOE（美国能源部）和NSF（美国国家卫生基金会）的支持下于2007年10月启动了为期三年的强塑积与成本介于第一代与第二代AHSS钢之间的第三代AHSS 钢的研发工作。同时，我国与韩国也相继启动了提高强塑积的高强高塑钢的研发工作。到目前为止，各国第三代AHSS钢的研发仍然在积极探索之中。2010年11月，中国钢研与太原钢铁集团合作，成功地在工业生产流程上开发出第三代AHSS钢热轧板卷和冷轧板，强塑积均超过了30GPa·%，率先在国际上研发出第三代AHSS钢的工业化生产技术。
2当代AHSS钢的发展现状
图1为当代汽车用高强钢品种发展现状示意图。传统的高强度钢，如HSLA 、BH组织都是以铁素体为基。第一代AHSS钢，包括DP、CP、TRIP、马氏体钢、贝氏体钢都可以看作是以铁素体为基的高强度钢，其抗拉强度与延伸率的乘积（强塑积）一般在15 GPa·%的水平，难以适合未来汽车的轻量化和安全性需求。DP钢由于其良好的焊接性和相对易加工性，是现今应用较多的钢。TRIP钢可以获得良好的强度/延伸性组合，其残余奥氏体由于应
变诱导而转变成马氏体，导致应变硬化更大。而第二代AHSS钢，如TWIP、L-IP、奥氏体不锈钢等在常温下都是奥氏体单相组织，可以看作是奥氏体为基的AHSS钢[1]，其强塑积虽达到了较高的50 GPa·的水平，但是其合金含量高和生产工艺控制困难导致了成本较高。此外，加工这些钢种，特别是高锰含量的TWIP钢，具有极大的挑战性。目前，市场需要性能和成本介于两者之间的新型汽车薄板钢。正在开发的下一代汽车钢——第三代AHSS钢，它是1种新的多相组织钢，该新钢种具有“多相、亚稳和多尺度”的组织精细调控（M3组织），从而获得更高强度和伸长率（强塑积为30GPa·%）。
第三代AHSS钢
注：IF：无间隙原子钢；IF-HS：高强IF钢；ISO：各向同性钢；BH：烘烤硬化钢；Mild：低碳钢；CMn：碳锰钢；HSLA：高强度低合金钢；TRIP：相变诱发塑性钢； DP：双相钢；CP：复相钢；MART：马氏体钢；L-IP：具有诱发塑性的轻量化钢；AUST.SS：奥氏体不锈钢；TWIP：孪晶诱发塑性钢
图1 传统钢与AHSS钢的拉抗强度与总伸长率之间的关系图
Fig.1 The relationship of tensile strength and total elongation between traditional steel and AHSS 从图1可见，在第一代和第二代AHSS钢之间的区域，即第三代AHSS钢区域，现有的研究主要是通过改进的或创新的工艺路线来致力于填补这些空白区域，并特别关注于工业化生产可行性和成本因素，其研发策略主要有：研发性能优良的DP钢；改进传统TRIP钢；研发超细晶贝氏体高强钢；开发新的生产工艺路线，包括淬火-碳分配（Q&P）和超快加热和冷却工艺（Flash Process）等；研发高锰TRIP钢。
3第三代AHSS钢的设计构想[2]
近年来研究人员通过简化成分模型，对第三代AHSS钢的设计构想进行了讨论，提出了F/M和A/M组织。表1为设想组织抗拉性能所需的模型输入参数值，图2为F+M和A+M 两种混合组织的强度-韧性组合的设想预测图。通过改变设想组织的相关相组成而获得的计算结果如图2所示，根据模型所获得的韧性值是均匀延伸的。很明显，对于这些假设铁素体/马氏体组织预测的抗拉性能处于现有的第一代AHSS钢的性能区域内。而奥氏体/马氏体组织所对应的性能区域正处于第一代和第二代AHSS钢之间的区域内，正是我们所希望的“第三代AHSS钢”的性能区域。
表1 设想组织抗拉性能所需的模型输入参数值
图2设想的F+M 和A+M 两种混合组织的强度-韧性组合预测图
Fig.2 Superposition of the predicted strength/ductility conbinations
of hypothetical ferrite/martensite and austenite/martensite mixtures
模拟工作的第二步，是在应变状态下的亚稳态奥氏体发生相变。考虑了四个假定的奥氏体稳定性条件，如图3a 所示。所产生的强度/延伸组合预测见图3b ，为从A 到D 四种不同奥氏体稳定状态，每个曲线上单独数据点对应着不同的初始奥氏体含量（假定范围为0%～85%），其显微组织的残余物正在进行铁素体化，其性能见表1。奥氏体稳定性对于所预测钢种的性能密切相关。最差的稳定性（条件D ）是在低应变条件下发生马氏体相变，其性能指标落在第一代AHSS 钢的区域内，这表明奥氏体不能明显有效地改善性能。预测的最好的强度和性能组合是具有大量相对稳定的奥氏体（图3b 中的曲线B ）。在本模型中进行了简化的假设，正在进行的工作是开发更精确的模型。另外，最简单易做的方案是提供一个掌握每个单独相组成的作用，同时为了获得下一代AHSS 钢，建议采用具有大量高强钢的复合显微组织，这些高强钢可能是马氏体、贝氏体或超细晶铁素体与高韧性奥氏体相组合，这些奥氏体在应变的作用下由奥氏体向马氏体转变时具有可靠的稳定性。
（
a ） （
b ）
（a ）所研究的四种不同的奥氏体稳定性；（b ）对于不同的奥氏体稳定性的对应的预测力学性能组合，曲线上每一个数据点对应一个原始奥氏体比例，范围为0%～85%，其初始显微组织的残余物正在进行铁素体化。 第三代AHSS F+M
A+M
奥氏体稳定性条件 伸长率% 抗拉强度/MPa
（a）four different austenite stabilities were considered, labeled A through D;（b）predicted mechanical property combinations corresponding to the different austenite stabilities, each data point on a curve corresponds to an initial austenite fraction, considered ranging from 0% to 85%, with the remainder of the initial microstructure being ferrite.
图3 奥氏体稳定性对所预测的力学性能组合的影响
Fig.3 Effect of austenite stability on predicted mechanical property conbinations
4第三代AHSS钢的研究进展
目前正在进行的AHSS研究是在不明显增加合金量的条件下，相对于第一代AHSS钢，将强度和韧性增加到更高水平，或者目的是降低第三代AHSS钢的合金含量。本文将在以下七个方面，对这些方案和研究进行探讨。
4.1 DP钢
采用优化碳含量和/或临界退火温度来增加马氏体含量来稳定获得强度更大的双相钢。以这种方式开发出来的DP780和DP980已经工业化生产。采用特殊的热轧工艺获得的显微组织细化也可以达到强度增加的目的。一种工艺是，应用变形诱导铁素体相变（DIFT），如图3所示。DIFT研究方法包括由奥氏体到铁素体的应变诱导相变，该相变是在低于A c3的A r3之上约25～50℃区域进行轧制。该方案现已成功生产出晶粒尺寸在1μm级的超细晶粒铁素体。采用轧后特殊的冷却工艺以传统的DP钢成分，如0.06C-1.9Mn-0.16Mo，生产出了超细晶DP钢。值得关注的一个现象是，超细晶DP钢可以通过更低的合金成分而不添加昂贵的Mo来获得。另一个工艺是在珠光体精轧温度之下进行大应变（真应变最大为1.6）温轧而获得带有均匀弥散的、球化渗碳体颗粒的超细晶粒铁素体基体。在随后进行临界退火处理时，所获得的1～2μm晶粒基本处于稳定状态。以该方式获得的抗拉强度893MPa、伸长率为21%的超细晶DP钢己见报导。然而，这些钢的性能仍处于第一代AHSS钢的区域内，这种组织细化的DP钢还不能够达到第三代AHSS钢的性能。在一些情况下，强度增加还不是主要关注点，现已开发的多种DP组织结构目的是满足专用要求，像高的扩孔率或抗弯性，而不是单纯地追求抗拉强度的增加[2]。如，浦项光阳厂的６号热镀锌生产线在世界上首次成功地生产了490MPa级深冲型双相钢汽车面板。2010年，浦项制铁又成功开发了590MPa 级双相钢汽车面板。与传统的340MPa级汽车面板相比，590MPa级双相钢汽车面板的强度提高了70％，但钢板厚度由0.7mm减小到了0.55mm，重量减少了约20%。冲压发动机外盖板的试验结果表明，该钢种的成形性、表面质量均较好。目前浦项正在与用户合作进行590MPa级双相钢汽车面板的应用研究。
4.2改进型TRIP钢
相对于现今已工业化的TRIP钢，早期的研究钢种碳含量更高，Matsumura等人研究了
0.4CMnSi钢种，其性能指标处于第三代AHSS钢优先考虑的目标区域内。此外，通过合金
化对TRIP钢进行晶粒细化，已获得了标准强度达1GPa，总伸长率达20%的钢。其它的TRIP
钢开发包括改进热处理，即在350～475℃温度区间内进行等温处理，而某些情况下是在M s
温度之下（计算值为417℃）。当降低保温温度时，导致强度值增加而延展性下降，同时应
变硬化显著变小，分别如图4a和4b所示。在M s温度之下进行等温保温处理也可应用于
TRIP-dual和间断淬火[2]。
注：TMP-是一种TRIP型多相钢在780℃进行1200s双相区退火后，在400℃进行1000s的等温淬火；F-为一种0.006C-1.50Si-1.50Mn型铁素体钢。
（a）应力—应变曲线（b）应变硬化记录
(a) stress-strain curves and(b)strain hardening plots
图4 0.20C-1.51Si-1.51Mn钢完全奥氏体化后在预测的417℃ M s温度下进行200s等温处理Fig.4 Effect of isothermal holding temperature for a fixed time of 200s following full austenitization of a 0.20C-1.51Si-1.51Mn steel with an estimated Ms temperature of 417℃鞍钢已批量供货的低碳低硅无铝(低铝) TRIP590和TRIP780钢突破了TRIP钢传统的合
金设计理念，如TRIP780采用0.22C-0.6Si-1.65Mn-0.05P-0.02Al-0.1V合金设计，以磷或磷+
钒代硅、铝，使成分、工艺设计更加科学合理，这类TRIP钢成本低、可镀、可焊，低温韧
性好，工业生产方便，钢板的性能达到及优于国外同类产品实物水平。目前，980MPa级高
强度冷轧TRIP钢鞍钢也已研制成功[3]。
4.3超细晶贝氏体钢
近来的研究工作一直致力于开发出超细贝氏体组织。通过采用125～325℃较低的相变
温度，研发出了0.98C-1.89Mn-1.46Si-1.26Cr-0.26Mo-0.090V合金，其硬度为600HV，而强
度超过2.5GPa。该显微组织是经15天热处理之后获得的，该时间对于工业化生产来说，时
间太长，为此正在做进一步的研究。通过采用Al和/或Co进行合金化，将加热温度降低，
争取将热处理时间大幅度缩短，以便进行工业化生产。具有高强度和高韧性，使该材料成为
装甲用钢的一个良好备选材料，它比类似性能的马氏体时效钢的成本低很多。可以获得具有
良好伸长率和韧性且抗拉强度在1700～2300MPa的钢种。由于采用相对高的合金和碳含量，该方法用于大规模的应用可能会更加困难[2]。
西班牙国家冶金研究中心和新西兰代尔夫特大学的研究人员成功试制出了碳含量为0.3%同时不含碳化物的贝氏体钢，其显微组织由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成。该钢显示出良好的强韧性组合，抗拉强度在1500～1800MPa之间，总伸长率超过了15%。经过改进的含碳量为0.2%的贝氏体钢达到了传统TRIP效应钢的强韧性组合[4]。
4.4淬火-碳分配（Q&P）钢
淬火-碳分配（Q&P）是近年来生产含有更多残余奥氏体的马氏体钢的一种新工艺。该工艺由2步热处理组成，首先，在均热后，钢在M s～M f范围内预定的淬火温度（QT）进行淬火以产生部分马氏体和部分奥氏体显微组织。第二步，称之为碳分配阶段，其目的是通过（部分）将马氏体的碳分配到奥氏体中并使碳在奥氏体中富集。这样，在最终淬火到室温之后，稳定的富碳奥氏体残留在显微组织中。碳在高于QT温度下可以通过2步Q&P工艺进行分配，或采用1步Q&P工艺在淬火温度下保温进行碳分配。残余奥氏体稳定化被认为是来自于马氏体的碳消耗（分配），而与贝氏体相变无关[2]。
自从2003年美国的John G Speer提出了Q&P工艺后，我国宝钢进行了Q&P钢工业化试制，其研究的0.2C-1.5Si-1.8Mn系TRIP780钢经Q&P处理，成功生产出了Q&P1000钢，其抗拉强度为1000～1200MPa，伸长率为9.3%～21.2%，并成功用于国内轿车B柱的冲压成形[5]。
最近，科罗拉多矿业大学与浦项公司合作研究了不同C、Mn含量对Q&Ｐ钢组织与性能的影响。经过实验，其完全奥氏体化后的0.2C-3Mn-1.6Si及0.3C-3Mn-1.6Si系钢展示出了较佳的强韧性组合。但是有关Q&P钢的组织结构与性能的关系，特别是少量残余奥氏体对于应变硬化的贡献还有待于进一步的研究[6]。
4.5超快加热和冷却工艺
一种超快加热和冷却工艺（Flash Process）现已用于钢板生产。采用该工艺生产的一种AISI 8620钢种呈现出非常细的显微组织，它由贝氏体铁素体和马氏体组织构成，上面均匀分布着大的和小的被认为是富Cr的渗碳体。由于奥氏体化时间非常短，这些碳化物被认为是遗传于先前显微组织中的难溶的碳化物。在最终的显微组织中也观察到了非常细的先前的奥氏体晶粒。可以假设，在A c3温度之上的很短时间内能产生不完全的碳扩散并在整个奥氏体组织上重新分配，它将导致复合的奥氏体分解产生不同的相变产品，如贝氏体和马氏体[2]。
美国研究人员对低合金AISI 1020钢进行了实验，305mm宽薄钢板在5s之内进行快速加热与冷却，获得了1560～1600MPa抗拉强度和8.0%～8.7%伸长率。由于获得了贝氏体组织，具有优良的耐回火能力，在500℃回火300s后，仍有1225MPa的抗拉强度。该钢经过温轧成型，可以通过一次和二次冲压将钢板加工成复杂几何形状的零件[7]。
4.6 低锰TWIP/TRIP钢[2]
由Merwin 基于Grange和Miller早期研究成果而发的低锰（5%～7%）、低碳（0.1%）成分的双相铁素体-奥氏体显微组织的钢。其锰含量高于常规钢种，但比TWIP钢低很多。可以采用常规的热轧、冷轧和罩式退火工艺。在退火温度的最高点延长保温导致了双相区退火，此时产生了锰分配现象。在室温条件下获得了由铁素体和高锰奥氏体构成的超细晶显微组织。在0.10C-5.2Mn钢中，检测的奥氏体比例达17%，而在0.10C-5.8Mn和0.10C-7.1Mn 钢中所获得的奥氏体比例分别达28%和38%。除了降低TWIP钢相关的合金成本之外，该工艺路线也可使那些不具备连续退火或先进冷却能力的生产线生产出高强钢。
4.7高锰TRIP钢[2]
关于第二代奥氏体钢种已经提出了各种成分系列，如（15、20、25、30）Mn-（2、3、4）Al-（0.01、0.02、0.03、0.04、0.06）C系列；27Mn-0.02C系列；30Mn-3Al-3Si系列；（16、18、19）Mn-（6、7、8、10）Cr-0.25C-（0.080、0.100、0.150、0.200）N系列。现今的研究主要集中在如何降低合金含量上。Frommeyer等人研究了更低锰（15%Mn）的Fe-Mn-3Si-3Al系钢。
5结束语
在汽车制造领域，钢与铝及镁合金等的竞争已进入了一个新的阶段。同时，汽车制造商也对钢铁材料的性能和成本提出了更高的要求，AHSS钢，特别是性价比优良的第三代AHSS 汽车钢的开发就显得特别迫切。目前，世界各国都在致力于AHSS、特别是第三代AHSS钢的研究和开发，多相、亚稳和多尺度是业界公认的开发策略，而对传统钢、第一代和第二代AHSS钢的进一步研发以及新的用户加工技术与工艺的研究，使钢的强韧性能得到了进一步的提升，已获得初步成功的以Q&P钢和先进贝氏体钢为代表的AHSS钢的研发，是目前比较接近于第三代AHSS钢目标的研发方向，其它的工艺路线和新钢种也正在探索之中。中国钢研与太原钢铁集团率先在国际上联合开发成功了第三代AHSS汽车钢，标志着我国AHSS钢的研发达到了世界先进水平。
主要参考文献
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Q690高强钢的开发
Q690高强钢的开发 性能指标 Q690属于低合金高强钢，表1为国标与日本欧美同等级钢种化学成分对照表。 表1 牌号 质量等级 化学成分（质量分数）% Q690 C S i M n S P Nb V T i C r N i C u N M o B Al s 不大于 不小于 C 0.18 0.60 2.00 0.030 0.030 0.11 0.12 0.20 1.00 0.80 0.80 0.015 0.30 0.004 0.015 D 0.030 0.025 E 0.025 0.020 S700MC 0.12 0.60 2.10 0.015 0.025 0.09 0.20 0.22 0.50 0.005 0.015 WEL-T EN780 0.05 0.44 1.35 0.18 2.52 0.54 表2为国标与日本欧美同等级钢种力学性能对照表。 表2 牌号 屈服强度 （MPa)(<16mm) 抗拉强度（MPa)(<40mm) 延伸率%(<40mm) 冲击吸收能量 （Kv/J)(-20C O ) Q690 >690 770~940 >14 >47 S700MC >700 750~950 >12 WEL-TEN780 740 830 24 96 根据表2，确定研发Q690的性能指标参照GB\T1591-2008。 即： 屈服强度（MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(%) 冲击吸收能量(Kv/J -20C O ) >690 770~940 >14 >47
Q690在其它钢厂的开发情况 Q690屈服强度高，轧制难度大，目前国内能够生产且生产规模比较大的钢厂有济钢、武钢、南钢、宝钢、舞钢。低合金高强钢板市场济钢市场占有率最高。 目前Q690产品绝大部分属于宽厚板，传统生产工艺为离线调质，直接淬火一回火工艺与离线调质工艺比较, 前者具有降低生产和资金成本和有利于板材性能提高的优点, 已成为国内外钢铁企业开发高强度中厚板产品广为关注的重要技术领域，下表为各大钢厂采用进口的中厚板轧线所配备的高水平直接淬火设备生产的产品级别 宝钢、舞钢、南钢、济钢均采用直接淬火—回火工艺生产Q690级别以上宽厚板产品。 宝钢采用低温大压下+DQ工艺开发出具有良好低温韧性的Q690高强钢厚板，板厚可达80mm,且具有良好的焊接性能，40mm以下Q690CF可实现不预热焊接。低温大压下技术是在较低温度下, 采用较大变形率轧制钢板。采用此方法轧制后的钢板具有稳定的拉伸性能和较高的低温冲击功 济钢生产的Q690在郑煤机、平顶山煤机、北方重工、内蒙一机厂、重庆庆江、淮北矿物局、大同煤矿等多家煤机厂的液压支架制造上进行了成功的实际应用，并在哈焊所进行了焊接工艺评定。 南京钢铁联合有限公司采用C-Mn微合金化的方法生产出高强度低碳贝氏体Q690D(E),为国内首创低碳贝氏体钢宽中厚板（卷）连铸—卷轧短工艺流程技术。
先进高强度钢应用手册
先进高强度钢应用手册 国际汽车钢板研究组织 2006.9 湖南大学汽车车身设计与制造国家重点试验室译（第1版） 2009.1
前言 近几年来，为了减轻汽车重量和提高汽车安全性，汽车钢板的开发技术、应用技术方面有了许多新的发展。由国际钢铁公司资助的项目ULSAB （汽车车身轻量化技术）和USLAB-A VC(先进概念车）等，主要在车身上大量采用先进高强度钢，研究汽车的轻量化设计的一些理念。先进高强度钢的应用，需要新的成形技术和连接技术。 这本指南是汽车钢铁研究组织的多位专家的合作成果。其中，特别感谢以下专家： Dr Heiko Beenken Mr Willie Bernert Mr Klaus Blümel Dr Bj?rn Carlsson Dr Jayanth Chintamani Mr Bart DePompolo Mr Daniel Eriksson Mr Peter Heidbüche … 特别感谢Stuart Keeler博士，他是一位金属成形领域的著名专家。他负责本书的编辑工作。国际汽车用钢组织包括全球的下面钢铁公司: 宝山钢铁公司 …… Edward G. Opbroek 国际汽车用钢组织主席
翻译感言 偶然在网上搜索到这本《ADV ANCED HIGH STRENGTH STEEL APPLICA TION GUIDLINES》，当时非常高兴，这本书中包括了一些工厂中常遇到的一些问题，比如，先进高强度钢与传统钢的区别，DP钢与TRIP钢的区别，各种回弹机理。当时只看了一些感兴趣的章节。后面继续看这本手册，发现中间还包括很大的信息量，激起了翻译该本手册的兴趣。翻译过程中，感觉收获比较多，比如局部延伸率，这在国内文献中很少看到。 本手册第一章介绍了先进高强度钢的微观结构、宏观力学性能等；第二章中介绍了先进高强度钢零件的设计、冲压和应用中的一些问题；第三章介绍了先进高强度钢的连接方法；第一章的知识用于解释第二章、第三章中的某些现象。第四章是书中的一些专有名词及其解释，为了方便读者看英文版本，该章有中文和英文。第五章是参考文献。 阅读本手册，可快速全面掌握先进高强度钢涉及到的问题，对这些问题有个初步的了解。如果对其中某个问题很感兴趣，可以在第五章查找相关的文献，或在实践中研究相关问题。相信该手册对先进高强度钢生产企业、汽车生产企业、模具企业、高校或研究所都有一定参考价值。 由于译者外语水平和知识有限，本文翻译中难免有一些错误之处，请大家批评指正。同时建议读该文献原文，第四章中的词汇为中英文，对阅读原文可能有所帮助。 刘迪辉申光举译 2009年1月30日
新型高强韧TWIP钢概述#精选、
新型高强韧TWIP钢概述 一背景 随着人们生活水平的日益提高，有车一族在城市中的比重越来越大，现代汽车的发展趋势是轻量化，节能和安全等，为适应这一发展需要，在汽车制造中有必要采用高强度的钢板。据统计，汽车重量每减轻1%，燃料消耗可降低0.6%～1.0%[1]，而能耗高会导致尾气排放量增加，因此，汽车减重对节能和环保意义重大。汽车减重的一个重要手段是采用高强度钢。基于这种情况汽车工业迫切需要人们对高强度钢的研究和开发。近年来新开发的含15-25%Mn、2-4%Si和2-4%Al 的高Mn钢显示出极高的延伸率（60-95%）和中等的强 （600-1100MPa），其抗拉强度和延伸率的乘积在50000 MPa%以上，其优良的力学性能来自于形变过程中的孪生诱发塑性效应，即TWIP 效应。TWIP钢是现在研究较广泛的超高强度钢，它不仅具有高强度，高的应变硬化率，还有非常优良的塑性，韧性和成形性能。从现代汽车用钢对高强度和高塑性的要求来看，TWIP钢是最佳选择。 经过成分筛选，发现Fe-25Mn-3Si-3Al合金具有最佳的TWIP效应，其研发和实用化对汽车用钢板产业和汽车产业的调整升级起着重要作用，具有巨大的经济开发潜力。国外知名钢企业和研究机构在TWIP 钢的成分设计、处理工艺、微观机理等方面开展了广泛研究，目前，典型成分除Fe-Mn-Si-Al系外，还有Fe-Mn-C系和Fe-Mn-Al-C系TWIP 钢。国内的上海大学、上海交通大学、北京科技大学、东北大学等高校研究机构联合上海宝钢、鞍山鞍钢等大型钢铁企业在此领域进行了
深入的研究[2]。 二概念和力学性能 TWIP钢是twinning induced plasticity steel的简称，全称：孪生诱发塑性钢。 孪晶诱发塑性（TWIP）钢是第二代高强度用钢的一种，因其形变过程中能产生大量形变孪晶、推迟缩颈的形成，具有优异的强塑性及高应变硬化性、高能量吸收能力（２０℃时吸收能达到0.5J/ram3）[2]而得名，是一种理想的汽车用抗冲击结构材料。Grassal等[9]在研究Fe-Mn-Si-Al系TRIP钢时发现了该钢，并提出孪晶诱发塑性（TWIP）的概念。 材料的力学性能决定于其基体组织，TWIP钢为单一的奥氏体(面心立方)组织，因而具有较低的屈服强度(约280 MPa)，中等的抗拉强度(约600 MPa)[5]。面心立方结构的TWIP钢密排面密排程度高，滑移系，滑移方向多，因而塑性好，特别是当TWIP钢拉伸时，由于高应变区会应变诱发孪晶转变，由此显著延迟钢的缩颈，从而极大地提高了钢的塑性，因此具有极高的延伸率(大于80 %)[6]。除此之外，另一个令人瞩目的力学性能是具有高的能量吸收能力和没有低温脆性转变温度。如20℃时约为0.5J/mm3[2]，为传统深冲钢的两倍以上；在﹣196℃～200℃形变温度区间内没有低温脆性转变温度。该钢在无外载荷的条件下，室温组织是稳定的奥氏体，基体中存在大量的退火孪晶，一旦施加一定的外部载荷后，因为应变诱发产生形变孪晶，发生大的无颈缩延伸，表现出优良的机械性能，如高的应变硬化率、高
midas fea_钢桥疲劳分析
midas FEA Training Series 钢桥的疲劳分析 一. 概要 1. 分析概要 钢桥的疲劳裂纹一般是由焊接缺陷、结构的几何形状引起的应力集中、结构的应力变动幅度以及重复加载等原因引起的。重复加载会引起疲劳裂纹发展，严重时会引起结构破坏，因此对抗疲劳较弱的部位应进行分析确定其抗疲劳能力。 本例题中钢桥采用焊接和螺栓连接，分析采用S-N 曲线方法即应力－寿命方法确定结构的疲劳寿命和损伤度。 2. 分析步骤 疲劳分析的步骤如下： 1) 首先做结构静力分析确定最大和最小应力的绝对值或者计算von Mises 应力，从而获得应力幅。 2) 当作用应力为变幅时，使用可将各应力幅组成起来的雨流计数法(Rain flow counting)和S-N 曲线计算。 3) 考虑平均应力的影响确定疲劳寿命和损伤度。 ? 建模 → 线性静力分析 → 应力疲劳分析 → 确认分析结果 3. 疲劳分析的注意事项 分析类型应为线性分析，且只对使用各向同性弹性材料模型的结构做疲劳分析。线性分析后，使用得到的应力再做疲劳分析。 二. 疲劳分析的理论背景 1. 疲劳分析 疲劳是指在小于构件的屈服强度的荷载反复作用下构件发生破坏的现象。疲劳分析的方法有应力-寿命法、应变-寿命法。应力寿命法具有计算简单和 分析速度快的特点。midas FEA 中利用S-N 曲线使用应力寿命法进行疲劳分析。 2. S-N 曲线 S-N 曲线是等幅反复荷载作用下的应力幅(stress amplitude, S)与构件到达破坏时的循环次数(cycle to failure, N)的关系曲线。 在静力分析结果中取最大绝对应力(maximum absolute stress)和最小绝对应力(minimum absolute stress)或范梅塞斯应力(von Mises stress)计算应力幅(stress amplitude)，然后使用S-N 曲线就可以知道发生疲劳破坏时的疲劳寿命和循环次数。 当没有输入材料的S-N 曲线时，一般使用如上图所示的S-N 曲线。上面的S-N 曲线是连接90%最大应力幅(S u )重复1000次的点与疲劳极限应力幅 (S e =0.5S u )重复1,000,000次的点的曲线。 midas FEA 中使用Miner 准则的S-N 曲线，即认为小于疲劳极限应力幅的反复应力对疲劳寿命没有影响。 3. 考虑平均应力的影响 即便作用在结构上的应力幅(σa )相同，但是平均应力(σm )不相同时，结构的疲劳寿命也会不一样。平均应力越大，最大应力和疲劳极限应力就越小。为了考虑平均应力的这种影响，Goodman 和Gerber 分别建议采用下面公式。 4. 雨流计数法(Rain flow Counting) S-N 曲线是等幅(constant amplitude)应力作用下发生疲劳破坏时的反复作用次数的曲线。实际发生的应力一般具有变幅(variable amplitude)特性。 为了计算变幅应力作用下的疲劳损伤，需要将变幅应力转换为多个等幅应力的组合。midas FEA 为了统计循环次数使用了雨流计数法。 建 模 线性静力分析 疲劳分析 确认分析结果 2 1a m e u S S σσ??+= ??? 1 a m e u S S σσ+ =Goodman (England, 1899) Gerber (Germany, 1874) u S e S Compressive mean stress σm σa Goodman Gerber
先进高强钢应用优势及未来研究方向
先进高强钢应用优势及未来研究方向 当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。轻量化这一概念最先起源于赛车运动，车身减重后可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。 1轻量化意义 汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性，提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究结果表明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。 2AHSS优势 高强钢、铝合金、镁合金和塑料是当前汽车轻量化的4种主要材料。高强度钢主要用于汽车外壳和结构件。铝合金最适用于产生高应力的毂结构件,如罩类、箱类、歧管等。镁合金具有良好的压铸成型性能,适应制造汽车各类压铸件。塑料及其复合材料通过改变材料的机械强度及加工成型性能,以适应车上不同部件的用途要求。钢铁材料在与有色合金和高分子材料的竞争中继续发挥其价格便宜、工艺成熟的优势，通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力，迄今为止仍然是汽车制造中使用最多的材料。 随着安全性、燃油经济性和驾驶性能标准的不断提升，这对车用材料提出了更高的要求。为应对这一挑战，全球钢铁工业成功研发了具有突出冶金性能和高成形性的先进高强度钢（AHSS）。AHSS具有以下优点： 1）安全性：鉴于钢铁独特的冶金性能和灵活的加工工艺，AHSS产品可以被设计制造成任意特殊形状，为乘员安全提供最佳保护方案。 2）轻量化：工程师们将AHSS与新的先进制造工艺相结合，使用更加轻薄的钢材制造出轻质汽车零部件，不仅保持了原有部件的强度和其他性能，而且在一定程度上还有所提升。 3）可循环利用性：钢材可以100%回收循环利用，而且汽车的生命周期评估表明，与使用其他替代材料相比，AHSS车辆排放量最少。 4）成本合理：工程学研究表明，与传统车用材料相比，AHSS几乎不增加任何成本，而像铝这种低密度材料则需额外增加每磅$2.75以上的成本。同时，多数整车制造厂已配备钢部件加工生产线和技术，AHSS可直接生产应用，而不需额外投入昂贵的新的加工装备和制造工艺。 3AHSS车用情况 2013款雪佛兰Silverado和美国通用GMC1500 SIERRA皮卡在其驾驶舱中使用了超过70%比重的AHSS，这不但增加了车身结构强度，而且还减少了前车架
新型高强钢焊丝的特性及应用
新型高强钢焊丝的特性及应用 一、概述 随着科学技术的进步和国家节能减排宏观政策的推广，高强钢的应用越来越多。从应用较早的煤矿机械，逐渐向大型钢结构、动力机车、特种车辆、大型客车、工程机械、管线和海洋工程等领域发展。我公司专业生产高强钢气体保护焊丝，拥有自主知识产权的高强钢气体保护焊丝国家发明专利。公司主导产品为GHS—50，GHS —60 ， GHS—70，GHS—80，GHS—90（见图1）已经通过了CE 认证，DB认证正在办理中。 在第十九届北京·埃森焊接与切割展览会上，我公司展出了新型高强钢气体保护焊丝系列产品，本文将论述部分产品在相应领域的应用案例，全面介绍产品的性能与应用特点。 二、新型高强钢焊丝的性能特点 （1）公司产品通过微合金强化和微合金轫化，改善了组织，提高了强度。依靠微量元素来获取大量的针状铁素体组织，从而保证了低温冲击韧性。GHS—60焊丝的﹣60℃冲击吸收能量可以达到82J。 （2）通过合金元素的合理匹配，为用户提供了宽松的施工条件。在不同的焊接热输入条件下，都可以获得满意的力学性能。 （3）通过对关键微量元素的控制，降低了熔滴的表面张力，熔滴得到细化，从而大幅度降低了飞溅，获得良好的焊道成形）。 （4）焊丝具有良好的外观和线性，确保了焊接过程中优异的工艺性能。 三、新型高强钢焊丝的焊接工艺特点 新型高强钢焊丝的焊接工艺特点主要包括以下几个方面： （1）尽量不摆弧焊接新型高强钢焊丝应用了微量合金元素来促进针状铁素体的形成和抑制先共析铁素体的析出，大幅度的摆弧，将改变铁素体的形态，并在晶间析出有害的组织。因此，在焊接时尽量不要摆弧，以保证获得性能良好的焊缝。 （2）保护气要求新型高强钢焊丝尽可能采用富氩的混合气体进行焊接，以保证合金元素的过渡，获得良好的微观组织。 （3）焊前预热和焊后热处理对于Q550以上级别的高强钢板，预热和焊后热处理是必要的，还要控制焊接过程中的道间温度。必要时，需采用多人焊接。 （4）焊接工艺采用多层多道错位焊，以获得优良的焊接接头。引弧和收弧应错开50mm以上，避免在应力集中处引弧和收弧。 （5）焊材选用对于定位焊和打底焊，采用比母材强度低一级别的焊丝焊接，效果会更好。如Q690钢的焊接，定位焊和打底焊用GHS—70（GB /T8110，ER69—G），填充和盖面焊用GHS—80（GB/T8110，ER76—G）。 （6）合理的焊接顺序既要防止较大的焊接变形，又要控制焊接内应力，为此依据工件结构，制定合理的焊接顺序。 四、典型应用案例 1. 煤矿液压支架的焊接
常用宝钢钢材标准
常用宝钢钢材标准 一、无间隙原子高强度冷连轧钢板及钢带（Q/BQB 413-2009） 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.50mm～2.50mm的无间隙原子高强度冷连轧钢板及钢带。 通过控制钢中的化学成分来改善钢的塑性应变比（r值）和应变硬化指数（n 值）。由于钢中元素的固溶强化和无间隙原子的微观结构，这种钢既具有高强度，又具有非常好的冷成型性能，通常用来制作需要深冲压的复杂部件。 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定。 二、加磷高强度冷连轧钢板及钢带（Q/BQB 411-2009） 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.50mm～2.5mm的加磷高强度冷连轧钢板及钢带（以下简称钢板及钢带）。 在低碳钢或超低碳钢中，主要通过添加最大不超过0.12%的磷等固溶强化元素来提高钢强度。这种钢具有高强度和良好的冷成形性能，且具备良好的耐冲击和抗疲劳性能，通常用于汽车覆盖件和结构件制作。 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定。 三、冷连轧低碳钢板及钢带（Q/BQB 403-2009）等同于GB/T5213-20008冷轧低碳钢板及钢带 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.17mm～3.5mm的冷连轧低碳钢板及钢带 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定
室温储存条件下，对于表面质量要求为FC和FD的钢板及钢带，拉伸应变痕应符合下表的规定。 钢板及钢带各表面质量级别的特征应符合下表的规定。 四、冷连轧碳素钢板及钢带（Q/BQB 402-2009） 本标准适用于宝山钢铁股份有限公司生产的厚度为0.17mm～3.5mm的冷连轧碳素钢板及钢带 钢板及钢带按用途区分应符合下表的规定
不同钢结构疲劳强度分析
不同钢结构疲劳强度分析 发表时间：2017-08-31T10:20:36.993Z 来源：《电力设备》2017年第12期作者：孙晓丽赵娜马连凤李晓莉刘谆 [导读] 摘要：随着生产和加工工艺的不断提高，高强度钢材钢结构已经开始在各种电器柜中得到应用，并取得了良好的效益。由于在材料力学性能 （中车永济电机有限公司） 摘要：随着生产和加工工艺的不断提高，高强度钢材钢结构已经开始在各种电器柜中得到应用，并取得了良好的效益。由于在材料力学性能、加工工艺、初始缺陷影响等方面的差别，高强度结构钢材构件的整体稳定性能与普通强度钢材有明显不同。 关键词：疲劳强度；屈服极限；疲劳寿命 1 、概述 钢材的生产工艺与构件的加工工艺是推动钢结构发展的重要因素，钢材力学性能的提高，能够提升钢结构构件的受力性能、安全性能以及钢结构整体的使用功能；同时，实际应用的不断创新也会促进钢结构的发展，这就对钢材的力学性能提出了新的要求，特别是要求结构材料应具有更高的强度。在这一背景之下，采用新的生产冶金工艺开发出了新型高强度结构钢材，先进的加工工艺特别是焊接技术以及与高强度钢材相匹配的焊接材料也陆续出现，高强度结构钢材具备了应用于实际电器柜的基本条件。本文的研究对象主要针对强度等级在420MPa 及以上的新型高强度结构钢材中厚板材（即板厚<40mm）构件。 2、疲劳的定义及特征 疲劳破坏是指材料或结构在循环交变应力或者循环交变应变的作用下,由于某点或某些点所在的部位发生局部永久性结构变化,在经历一定的循环次数后形成裂纹并最后发生断裂的现象,即在交变载荷重复作用下材料或者结构的结构破坏现象。经过人们长期的经验积累和对疲劳破坏事故的认真考察,疲劳破坏的显著特征己初步为人们所掌握,这些特征使疲劳破坏与传统的静力破坏、腐蚀破坏以及其他破坏形式相区别,给人们对事故的分析带来方便。具体的特征包括:长期性、非屈服性、难以预测性、局部性、影响因素多样性、端口形貌特殊性。 疲劳破坏的过程大致就可以描述为以下的“恶性循环阶段”: 应力集中一一争疲劳裂纹出现一一争裂纹尖端新的应力集中一一卜裂纹扩展一一卜构件发生 断裂。 3、影响结构疲劳强度的因素 构件在某一循环载荷下工作时,构件应力值的大小为一般用S来表示。当构件的应力水平S低于某一个应力限度值的时候,如果构件可以在该应力水平作用下承受无限次循环而不发生疲劳破坏,则该应力限度值为材料或者构件的“疲劳极限”。疲劳失效之前机械零部件所经历的应力或者应变循环次数称为“疲劳寿命”,一般用N表示,前面所提到的“韦勒曲线”或者“疲劳曲线”是表示应力幅Sa或者最大应力Sma、与疲劳寿命N之间关系的一种表达方式。一般我们从标准或者书上所查到的一些材料的疲劳极限和S一N曲线,只能代表标准光滑试样的疲劳性能,称之为“中值S一曲线”。但实际零部件的尺寸、形状和表面情况等是多样的,与标准试件存在一定程度上的差别,所以实际构件的疲劳强度、疲劳寿命与标准试样之间也存在一定的差距。 影响结构疲劳强度的因素主要有:形状,尺寸,表面状况,平均应力,腐蚀介质和温度等等,本节主要介绍与本论文相关的因素即形状、尺寸、表面加工方法对材料疲劳强度的影响。 4、理论计算 在钢结构梁的设计中要让力有很好的传导闭合性，就要充分的发挥每个梁的支撑作用。对4mm和6mm钢板的截面模量计算如下： 对安装梁截面模量计算如下： 4mm钢板 6mm钢板 4mm内部加6mm钢板 通过计算4mm钢板对于x-x抗弯截面模量Wx=4.0612cm3 6mm钢板对于x-x的抗弯截面模量Wx=5.8505cm3 4mm内部增加两块6mm钢板后对于x-x的抗弯截面模量Wx=4.0612+1.681*2=7.4232cm3 根据最大弯曲正应力的计算公式：σmax=M/WX 可见，最大弯曲正应力与弯矩成M正比，与抗弯截面模量Wx成反比，当M不变时，Wx越大，所受的最大弯曲正应力越小，根据以上3种情况可以看出，第3种的抗弯截面模量Wx为7.4232cm3，较第1种增加了将近1倍。 5、实验分析 运用计算机分析软件ANSYS分别对4mm钢板折弯，6mm钢板折弯，4mm钢板折弯内侧加焊6mm钢板， 5mmQ235A槽钢进行了最大
高强度钢
1.高强度钢HG785用什么焊丝 采用富氩CO2气体保护焊进行焊接接头性能试验，武钢推荐焊材是WER80焊丝。也可以使用市场上的GHS-80。但也有一些单位使用WER70或GHS-70来焊接。 2.请问在焊接SM490高强钢时,用什么焊条最好? WE600特种合金钢焊条，不过假货比较多，谨防假冒 技术参数 抗拉强度：125,000 psi （862MPa） 屈服强度：90,000 psi (620MPa) 延伸率：35% 焊后硬度：HRC23 (工作硬化后达到HRC47) 电源选择：交直流两用，直流时直流反接 3.请教大虾，高强度钢之间使用何种焊接方式及焊接材料，例如：Q620D与Q500D焊接，Q345D和Q420C等。在线等~ 不同意楼上说法哦，因为热输入量大小的问题，高强度钢焊接一般不采用氩弧焊和气保护焊，氩弧焊一般只用来打底，否则容易出现未熔合。 一般推荐的是手工电弧焊和埋弧焊。手工电弧焊可选用相应强度等级的J507，J607,J707等焊条； 埋弧焊可选用H08C 焊丝，配用相应焊剂。
高强钢往往用在比较重要的场合，焊接生产前应当进行工艺评定。 4.高强度钢板为什么不能用酸性焊条？如果用了后怎么办，能补救么？ 一般酸性焊条的冲击韧性没有碱性焊条高（同材质焊条相比，比如：J422和J427） 要是奥氏体不锈钢焊条A302也是酸性焊条，那么它就可以焊接45号调质钢，而且无需热处理。 高强度钢堆焊耐腐蚀表面也可以用酸性不锈钢焊条。 关键看用在何处，强度是关键。选配焊材抗拉强度，冲击韧性都要与母材相近或略高。 5.T700高强钢和Q345（16Mn)用高强焊丝能焊接在一起吗？对焊接强度有影响吗？？ 不是等强度的材料焊接，通常应该按照低强度的材料选取焊材。但是，国产用于Q345的焊材是ER50-6级别的焊丝。采取气体保护焊工艺。而国产这个级别的焊丝成分不均匀的现象时有发生。由此而引起零散气孔，为了保证质量，采用欧洲进口的焊丝比较保险。 6.钢板q390b用什么焊接材料 15MnV 15MnV Cu
先进高强钢和汽车轻量化
汽车轻量化项目主要包括超轻车身( U L SA B) 、超轻覆盖件( U L SA C) 、超轻悬挂件( UL S AS) 和在此基础上的超轻概念车项目( ULS AB -AVC) , 均是以使用钢铁为基础.除了利用先进高强度钢板外 , 还大量采用了激光拼焊、激光焊接、液压成型和计算机模拟等技术来进行汽车的设计和制造。 AHSS 钢主要包括双相钢( D P)、相变诱发塑性钢( TRI P) 复相钢( CP )和马氏体钢( M)等,这类钢是通过相变组织强化来达到高强度的, 强度范围500 ～1500 MPa 。具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的疲劳强度、高的成型性和低的平面各向异性等优点 D P钢 DP 钢板的商业化开发已近30，年包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品。主要组织是铁素体和马氏体, 其中马氏体的含量在5 %～20 %, 随着马氏体含量的增加, 强度线性增加, 强度范围为500～ 1 200 MPa 。除了AHSS 钢的共性特点外, 双相钢还具有低的屈强比、高的加工硬化指数、高的烘烤硬化性能、没有屈服延伸和室温时效等特点。DP 钢一般用于需高强度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也较严格的汽车零件, 如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等. 热轧 D P 钢的生产是通过控制冷却来得到铁素体和马氏体的组织的, 冷轧和热镀锌DP 钢是通过铁素体和奥氏体两相区退火和随后的快速冷却来得到铁素体和马氏体组织的。 D P 钢的主要成分是C和Mn , 根据生产工艺的不同可适当添加Cr 、Mo 等元素使C曲线右移, 避免冷却时析出珠光体和贝氏体等组织。 复相钢 复相（Complex Phase: CP）钢是指两相在数量和尺寸上有相同的数量级，其组织特点是
汽车用先进高强钢的发展背景
汽车用先进高强钢的发展背景 班级：道桥11-1班姓名：杜阳 学号：201110608040 随着环境恶化和能源紧缺问题的日益加剧, 环保、安全和节能的考虑成为汽车制造业的主要发展方向。在减少燃油消耗、减低废气排放的诸多措施中, 降低车重效果最明显。资料表明, 车重减轻10%可节省燃油3% ~ 7% 。因此汽车轻量化成为了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。在汽车轻量化的推动下, 铝合金、镁合金、塑料等零部件的使用比例逐年增加, 使钢铁在汽车材料中的主导地位受到了威胁。鉴于这种情况, 世界各国钢铁公司都花费大量的人力、物力进行综合性能更优异的钢铁材料的研究。研究汽车用新型钢铁材料的问题至关重要, 从某种程度上讲, 最终关系到钢铁工业的生存与发展。 钢铁材料、铝和塑料是制造汽车的3 大材料。铝合金发展很快, 已经向钢铁材料在汽车制造中的统治地位发起挑战, 其优点是质量轻。从耐载荷与耐疲劳强度看, 如果钢的强度级别提高到780MPa 级以上, 则会显示出比铝合金更好的性能优势, 从而诞生了先进高强钢, 其在性能和减重安全方面对铝合金发起挑战。先进高强钢的出现在很大程度上巩固了钢铁在材料领域的主导地位。在实际车体制造方面, 近年来高强钢板的应用在不断提高。国内外开始不断研究先进高强钢的种类和特性。国际钢铁协会先进高强钢应用指南第三。传统高强钢主要包括碳锰钢、烘烤硬化钢、高强度无间隙原子钢和高强度低合金钢; 先进高强钢主要包括双相钢、相变诱发塑性钢、马氏体级钢、复相钢、热成形钢和孪晶诱发塑性钢。传统的高强钢多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段, 而先进高强钢是指通过相变进行强化的钢种, 组织中含有马氏体、贝氏体和/ 或残余
钢桥结构的断裂与疲劳综述
清华大学土木系 钢桥结构的疲劳 破坏分析 XXX 201XXXXXX 2014-9 《钢结构断裂与疲劳》课程论文
钢桥结构的疲劳破坏分析 （XXXX，土硕X，学号：201XXXXXX） 摘要：随着钢桥设计理论和制造技术的快速发展，国内外钢桥迎来了蓬勃发展的时代。但同时，钢桥的疲劳问题也越来越引起人们的注意。本文从国内外研究现状、现存技术问题及研究方法等方面对钢桥疲劳问题进行综合阐述。 关键词：钢桥疲劳寿命焊接节点 1前言 在20 世纪三十年代以后，随着钢桥设计理论和制造技术的快速发展，国外公路钢桥迎来了蓬勃发展的时代。虽然我国的公路钢桥发展起步较晚，但是从20 世纪八十年代中期以后，随着国内经济与技术水平的迅速提高，我国大跨度公路钢桥进入了建设的高峰期。尤其进入21 世纪后，我国快速建成了一批规模进入世界前列的钢桥。随着钢桥的建设规模记录不断被刷新，钢桥已成为大跨度桥梁的主要形式[1]。 近年来，虽然人们对疲劳断裂问题的研究已有一定的进展，工程师也采取了不少预防措施，但是陆续还是有一些钢桥发生疲劳破坏事故，这说明进行钢桥疲劳破坏分析、预测是十分必要的。但是这项工作同时也是十分困难的。本文就目前国内外的钢桥疲劳破坏的相关情况予以综述，让读者更加了解钢桥的疲劳破坏。2国内外研究现状 2.1国外钢桥疲劳问题研究历程及现状 人们对疲劳问题的研究历史最早可以追溯到19世纪初[2]。当时金属材料在交通工具和机械设备中逐渐得到广泛的应用，但其中的一些运动部件时常发生破坏。这些破坏多发生在部件截面尺寸突变处，而且破坏时的应力远低于材料的屈服强度，这些问题引起了工程师们的关注。 1829年，德国矿业工程师W.A.J.Albert对矿山传送带链条进行了反复加载试验，这被公认为是人类最早的疲劳研究工作[3]。1837年，他发表了第一篇关于疲劳试验结果的论文[4]。 1843年，苏格兰土木工程师W.J.M.Rankine最早研究发现了铁路机车车轴的疲劳破坏是由裂纹出现和发展造成的。 1847年，德国工程师W?hler开始对疲劳问题进行深入系统的研究。1850~1869年间，W?hler利用自行设计的疲劳试验机，对机车车轴进行疲劳试验。
先进高强度钢研究与发展状况
先进高强度钢研究与发展状况 传统的高强度钢多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段，而先进高强度钢（AHSS ）是指通过相变进行强化的钢种，组织中含有马氏体、贝氏体和（或）残余奥氏体，主要包括双相(DP) 钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相(CP) 钢、热成形(HF) 钢和孪晶诱导塑性(TWIP) 钢。 先进高强度钢的强度和塑性配合优于普通高强钢，兼具高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高冲撞过程中的能量吸收，这对减重的同时保证安全性十分有利。AHSS 的强度在500MPa到1500MPa之间，具有很好吸能性，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业，主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件；DP钢最早于1983年由瑞典SSAB钢板有限公司实现量产。先进高强度钢开发和研究进展 所有的高速钢的生产都要控制奥氏体相或奥氏体加铁素体相的冷却速度，可以在外围表面进行热磨削（如热轧产品），也可以在连续退火炉中局部冷却（连续退火或热浸涂产品）。马氏体钢是通过快速淬火致使大部分奥氏体转变成马氏体相而产生的。铁素体加马氏体双相钢的生产，是通过控制其冷却速度，使奥氏体相（见于热轧钢中）或铁素体+马氏体双相（见于连续退火和热浸涂钢中）在残余奥氏体快速冷却转变成马氏体之前，将其中一
些奥氏体转变成铁素体。TRIP钢通常需要保持在中温等温的条件以产生贝氏体。较高的硅碳含量使TRIP钢在最后的微观结构含过多的残余奥氏体。多相钢还遵循一个类似的冷却方式，但这种情况之下，化学元素的调整会产生极少的残余奥氏体并形成细小的析出以加强马氏体和贝氏体相。 汽车用高强度钢分为热轧、冷轧和热镀锌产品，其工艺特点都是通过相变实现强化。此外，还有一种热冲压成形模具淬火硬化的超高强钢再欧洲的汽车制造业获得了广泛应用。 随着安全性和燃油经济性需求的增长，汽车工业对高强度、轻质材料的需求越来越大。再汽车轻量化的推动下，汽车中铝合金、镁合金、塑料等零部件的使用比例逐年增加，钢铁在汽车材料中的主导地位也受到了威胁。为提高汽车的安全性并应对来自其他材料的挑战，目前钢铁材料的开发重点是高强度钢。 1 双相钢双相钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体。普通的高强钢是通过控制轧制细化晶粒,并通过微合金元素的碳氮化物的析出来强化基体，而双相钢是在纯净的铁素体晶界或晶内弥散分布着较硬的马氏体相，因此其强度与韧性得到了很好的协调。双相钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5 ～30 。拉伸力学性能特点是：①应力一应变曲线呈光滑的拱形，无屈服点延伸；②具有高的加工硬化速率，尤其是初始加工硬化速率；③低的屈服强度和高的抗拉强度，成形后构件具有高的压溃抗力、抗撞击
汽车用高强钢发展综述分析解析
安 徽 工 业 大 学 研究生考试试卷 考试科目：_________________________ 阅 卷 人：_________________________ 专 业：_________________________ 学 号：_________________________ 姓 名：_________________________ 注 意 事 项 1、 考前研究生将上述项目填写清楚 2、 字迹要清楚，保持卷面清洁 3、 教师将成绩单送研究生学院归档 年 月 日 现代工程材料 研材料12 20120049 季承玺 方俊飞
汽车用高强钢发展综述 摘要:综述了目前国内外高强钢材汽车钢板的使用现状及全球趋势，探究了国内外在高强钢材的科技水平，并且在此基础上提出了高强钢材的应用前景，为汽车钢板行业实现可持续发展提供了思路。 关键词:汽车；高强钢；轻量化；种类；发展 1. 高强钢材的优势 与普通强度钢材相比，高强度钢材(以下简称高强钢)具有更高的屈服强度和抗拉强度，因此，采用高强钢构件替代普通强度钢构件可以减小截面尺寸，节约钢材用量，降低制造、运输、安装费用等。高强钢的应用不仅能体现更高的结构效率，还可以带来可观的经济效益和社会效益。 高强度钢材的优点有很多，研究结果表明，在同样的轴心受压条件下，采用高强度钢材的钢柱，在整体稳定方面，极限应力δu与屈服强度f y的比值δu/f y(即整体稳定系数φ)，要比普通强度钢材钢柱高很多[1]。相对于普通钢材，钢结构采用高强度钢材具有以下优势:能够减小构件尺寸和结构重量，相应地减少焊接工作量和焊接材料用量，减少各种涂层(防锈、防火等)的用量，使得运输安装更加容易，降低钢结构的加工制作、运输和安装成本。高强度钢材能够降低钢材用量，从而大大减少铁矿石资源的消耗；焊接材料和各种涂层(防锈、防火等)用量的减少，也能够大大减少不可再生资源的消耗，同时能够减少因资源开采对环境的破坏。2. 低合金高强度钢生产工艺技术的发展 自60年代以来，在低合金高强度钢发展的第三阶段中，生产工艺技术有了长足的进步，这是由三方面因素促成的。 (1)对低合金高强度钢性能的要求有了新的认识和提高。对焊接钢材要求不仅有高的抗裂纹生成能力，还要求有良好的抗裂纹扩展能力，即良好的缺口韧性。强度越高，要求韧性越好。 (2)组织一性能关系的基础研究有了重大的突破。Hall和Petch的基础研究首次向人们展示，晶粒细化可以同时提高屈服强度和冲击韧性。Morrison和Wodhead 等的研究表明，在适当条件下，低合金高强度钢中可以形成一定体积分数的尺寸为纳米级的碳氮化物粒子，具有非常强烈的沉淀硬化效果，而加入的钒、妮、钦等元素，以前仅作为细化晶粒元素使用，实际上它们还有析出强化作用。Garland 和Plateau等关于第二相质点对塑性断裂过程影响的理论分析表明，材料的总体塑性与质点的形状有关，第二相质点的长宽比增加，提高沿夹杂物长度方向的拉伸塑性，由此产生塑性的各向异性。这种各向异性影响扁平产品的纵向弯曲性能以
宝钢高强度汽车钢板
宝钢高强度汽车钢板 宝钢新开发的高强度汽车用钢有4个强度级别（屈服强度），与欧洲标准一致。 1. 技术标准 表1 宝钢高强度汽车钢板的技术指标（欧洲标准） 注：厚度大于8mm屈服强度可降低20MPa。 注：Nb+ V+ Ti≤0.22% 2．实物水平
2.2 650MPa级冷弯照片 8mm钢板 3mm钢板 3mm和8mm钢板2.3 700MPa级冷弯照片 8mm钢板 8mm钢板 4mm钢板 3. 可供规格 4.焊接 宝钢汽车用热轧高强钢通过低碳低合金设计降低钢的碳当量和焊接裂纹敏感系数，具有良好的可焊接性能，不需预热就可直接进行焊接。 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 Pcm=C+(Mn+Cr+Cu)/20+V/10+Mo/15+Si/30+Ni/60+5B 焊接方法 宝钢汽车用热轧高强钢可使用气体保护焊（MAG）和手工电弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）进
行焊接，推荐使用气体保护焊（MAG ）。 焊接热输入 焊接时使用推荐的热输入，可使热影响区具有良好的机械性能。并且热输入范围越宽说明该钢种的焊接性能越好。 焊接热输入由下列公式计算： 60 1000 k U I Q v ???= ? 下图为按钢板厚度推荐的最佳焊接热输入范围： 在厚度一定的条件下宝钢汽车用热轧高强钢的许用焊接热输入范围很宽，具有优良的焊接性能。 坡口形式 宝钢汽车用热轧高强钢适用于多种接头型式的焊接，常用的接头型式有：I 型坡口、V 型坡口 焊接材料 在焊接接头力学性能满足构件要求的情况下，为避免接头处的应力集中、降低焊缝的内应力，应尽可能选择强度不超过推荐值的焊材。
钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展_周张义
第30卷,第4期 中国铁道科学Vo l 30No 4 2009年7月 CH INA RAILWAY SCIEN CE July,2009 文章编号:1001-4632(2009)04-0069-07 钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展 周张义,李 芾,安 琪,黄运华,卜继玲 (西南交通大学机车车辆工程系,四川成都 610031) 摘 要:在平板焊接钢结构焊缝疲劳强度分析中,近年来国外主要发展起了等效结构应力法和表面外推热点应力法2种新方法。等效结构应力法考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析结构应力,确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸的不敏感,从而有效区分不同焊接接头类型的焊趾结构应力集中情形;以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响基础上,基于断裂力学分析确定与焊缝疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程;基于上述应力计算和转化方法对焊缝疲劳试验结果数据进行处理,建立焊缝疲劳强度设计单一主S N 曲线,实现对钢结构焊缝的疲劳强度评定和寿命预测。通过比较分析可知,表面外推热点应力法适用于钢结构焊缝设计阶段的方案比较及方案优化;等效结构应力法较适合对钢结构焊缝最终设计方案进行更为精确的焊缝疲劳强度评定和寿命预测以及不能用表面外推热点应力法进行钢结构焊缝疲劳强度分析时。 关键词:等效结构应力;网格不敏感;有限元法;焊趾;疲劳分析;表面外推 中图分类号:T G457 11 文献标识码:A 收稿日期:2008-10-27;修订日期:2009-02-26 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50821063) 作者简介:周张义(1982 ),男,山西霍州人,博士研究生。 对于平板焊接钢结构的疲劳设计,按照传统的焊接细节分类法需要严格确定特定接头几何形状和载荷模式下的名义应力及相应疲劳抗力数据[1-4],故很大程度上影响了焊接细节分类法在工程中的应用。为了完善或替代焊接细节分类法,针对广泛存在的结构焊趾疲劳,新发展的2种适合于有限元技术的表面外推热点应力法和等效结构应力法,通过将焊趾结构应力集中考虑在应力分析之中,一方面可适应有限元强大的应力分析技术,另一方面避免了对疲劳设计S N 曲线的选择。表面外推热点应力法在国内相关行业的应用研究已得到普遍关注 [5-7] 。而等效结构应力法虽然在2007版ASME 锅炉及压力容器标准[8] 、以及API/ASME 合于使用性评定标准[9]中均推荐将其应用于焊缝疲劳分析,但至今国内尚未有技术文献详细介绍。有鉴于此,本文在阐述、分析等效结构应力法的基础上将它与表面外推热点应力法进行对比,研究分析2种方法各自存在的优势和局限性,以及在实际工程的结构疲劳设计中的合理应用方式。 1 等效结构应力法剖析 等效结构应力法是1种新型焊接结构疲劳寿命预测技术 [10-13] ,可广泛应用于不同工业领域的各类 形式焊接承载部件的焊趾疲劳分析,如压力容器、 管道、海上平台、船舶、地面车辆等结构的管件及平板焊接接头[14-18]。该方法主要基于以下2项关键技术: 考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析其结构应力(即热点应力),确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸均不敏感,从而有效区分不同接头类型的焊趾结构应力集中情形; 以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响的基础上,基于断裂力学分析确定与疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程。进而将其应用于处理疲劳试验结果数据,构建出单一通用的疲劳设计主S N 曲线,从而基于等效结构应力并结合该主S N 曲线进行焊接结构的疲劳强度评定及寿命预测。