第三代汽车钢技术研发进展.pdf
第三代高强度汽车钢的性能分析与运用
2018年第1期时代农机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第45卷第1期Vol.45No.12018年1月Jan.2018作者简介：胡新平（1986-），男，江西上饶人，大学本科，助理实验师，主要研究方向：汽车制造与装配。
第三代高强度汽车钢的性能分析与运用胡新平，罗琴琴(,342515)摘要：文章以第三代高强度汽车钢的性能分析与运用为研究对象，首先对第三代高强度钢进行了简要的分析与概述，并对其进行了相应分类，随后研究分析了第三代汽车用钢性能及运用评价以供参考。
关键词：第三代高强度钢；性能分析；运用1第三代高强度钢概述及分类在汽车的用钢领域内，钢产品最重要的指标是强度，一般情况下，对于钢抗拉强度大于340Mpa 级别的钢，我们称之为高强钢。
对于钢抗拉强度大于780Mpa 级别的钢，我们称之为超高强钢。
对于钢板来说，材料强度与钢板的成形性能呈反比关系，即钢板材料强度越高，而相应钢板成形性能就会下降，造成很大的冲压困难，因此对于汽车厂对材料提出的高要求也无法得到相应满足。
基于此，相关钢铁研发人员在材料中引入FCC （奥氏体）相，由于奥氏体本身具有很强的相变强化作用，因此在已有先进钢基础之上得以进一步实现先进高强钢性能提升，当前已研制出了全奥氏体组织第二代先进汽车用钢与部分奥氏体组织第三代先进高强汽车用钢。
其中第三代汽车用钢是以贝氏体或马氏体为基本，然后配合适当的残余奥氏体，从而其延伸率与抗拉强度的乘积达到了20至40GPa%，处于第一代与第三代钢的蓝海区域，已是当下研发汽车用钢的热点。
当前第三代高强钢主要分为三种，一种是Q&P 淬火与碳分配分退火工艺低合金钢，最早由美国科罗拉矿业学院J G Speer 教授提出，该类型钢已能达到量产水平。
一种是粉末冶金工艺生产的第三代汽车钢，由美国纳米钢公司提出，但由于该类型刚制作成本太高，因此不利于全面推广。
最后一种是由TRIP 钢工艺结合奥氏体逆转变ART 工艺研发出的0.1%C-5%Mn 的中锰高强钢，生产成本低且易于生产，当前已完成实验室研究与相关应用验证。
第三代高强度汽车钢的性能与应用
第三代高强度汽车钢的性能与应用近年来，随着汽车业发展的不断加快，广大汽车制造商亟欲寻求一种高强度汽车钢来提高汽车的质量，确保汽车的安全性能。
因此，伴随着汽车制造商的普遍追求，第三代高强度汽车钢的出现显得格外重要。
第三代高强度汽车钢的特征是钢的结构更加致密，高强度汽车钢的抗拉强度可达到800MPa以上，抗压强度可达到400MPa以上，有较强的抗冲击性能，抗拉和抗压比一般钢高出30%到50%。
同时，第三代高强度汽车钢具有厚度较薄、弯曲性能良好等优势。
它还具有抗锈蚀性能、氧化性能、高温强度性能等优点，广泛适用于高压气罐、发动机支架、悬挂、车身等车辆部件中。
第三代高强度汽车钢在汽车工业中的应用也正在不断发展。
目前，该钢材在汽车车架和高压气罐、发动机支架等件结构件的应用越来越多，有利于提高汽车的耐久性能和安全性。
中，在汽车钢材结构件中应用第三代高强度汽车钢应用最为广泛。
高强度汽车钢比一般钢具有更高的强度，有助于减少车身的厚度，把材料重量减轻到最小，有利于提高汽车的性能，提高燃油经济性，并具有很高的安全性能。
另外，应用高强度汽车钢可以减少车身材料的使用，有利于减少环境污染，保护自然环境和地球家园。
综上所述，第三代高强度汽车钢具有结构致密、抗拉强度高、抗冲击性好、厚度较薄、弯曲性能优良等优势，广泛应用于汽车车架和高压气罐、发动机支架等件结构件中，可以有效提高汽车的安全性能和经济性能，同时减少车身材料的使用，减少环境污染，保护自然环境和地球家园。
第三代高强度汽车钢的应用前景广阔，由于汽车业的发展不断加快，今后将会有更多的车辆采用第三代高强度汽车钢作为结构件，以满足汽车制造商对高强度钢的需求。
此外，第三代高强度汽车钢的开发和研究也将不断深入，以提高它的高强度和轻量化的特点，满足汽车工业的高标准要求。
第三代高强度汽车钢无论是在汽车工业中的应用，还是在研发和制造中的研究都将会发挥着重要作用，是汽车制造商及消费者提高汽车安全性能和经济性能的重要选择。
高强高塑第三代汽车钢的研发
高强高塑第三代汽车钢的研发1董瀚，王存宇，时捷，曹文全（钢铁研究总院，北京 100081）摘要：本文首先简要介绍了先进高强钢的发展状况和高强高塑第三代汽车钢的研发情况。
在此基础上，本文重点介绍了钢研总院及其合作单位在第三代汽车钢领域的基础研究、工业试制、零件冲压情况。
所研发的第三代汽车钢具有优异的力学性能和较低成本，试验钢的抗拉强度在700-1600MPa范围内，强塑积可达30-50GPa%；太钢的工业试制获得了第三代汽车钢热轧钢板与冷轧钢板，其抗拉强度为700-900MPa，强塑积不小于30GPa%。
研究认为，第三代汽车钢的高强度与高塑性主要归因于超细双相组织与大量奥氏体的相变诱发塑性作用。
本文还简要介绍了第三代汽车钢在一汽与湖南大学的应用情况。
最后对第三代汽车钢的未来发展潜力进行了探讨。
关键词：第三代汽车钢，高强高塑，超细双相组织，相变诱发塑性Abstract: At first, R&D of the third generation automobile sheet steel (TG steel) with high strength and high ductility are briefly introduced. And then, the basic research, industry trial, and stamping of the TG steel are presented in details. It is shown that excellent mechanical properties of the steels prepared in laboratory scale at CISRI are of 700-1600MPa for tensile strength and of 30-50% for the product of tensile strength (Rm×A) to total elongation. The mechanical properties of steel sheets produced in the industry trials are of 700-900MPa for tensile strength and no less than 30GPa% for Rm×A. This combination of high strength and high ductility is believed to be attributed to the ultrafine duplex structure and the role of the phase transformation induced plasticity (TRIP effect). The stamping trials of TG steel sheets in First Automobile Works and in Hunan University are introduced in brief. At last, the potentials of the TG steel are discussed.Key words: Third generation automobile steel, strength and ductility, ultrafine duplex microstructure，TRIP effect 0.前言首先，钢材是构成汽车的主要材料，其高强化成为汽车轻量化的首要目标，通过轻量化达到汽车的节能减排势在必行；第二，汽车碰撞安全性法规也促进汽车使用更高强度和更高塑性的钢材。
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 Developmentfor Third-Generation Advanced High-Strength SteelZhang 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。
我国汽车用钢板的现状和研究进展_王先进
・综合论述・我国汽车用钢板的现状和研究进展王先进 茹 铮 马衍伟(北京科技大学)摘 要 介绍了我国汽车用钢板的生产现状,并就我国汽车板生产存在的问题进行了分析。
最后着重论述了我国超深冲IF钢的研究进展。
关键词 汽车 热轧板 冷轧板 镀层板 高强板PRESENT OF AUTOMOTIVE SHEET PRODUCTIONAND PROGRESS IN RESEARCH WORK IN CHINAWANG Xianjin RU Zheng M A Yanw ei(U niversity of Science and Technolog y Beijing)ABSTRACT The pr esent status of autom obile industry in China and its demand for steel sheets are introduced briefly.The prog ress in research w ork of IF steels in China including further improvement o n -value thr ough tex ture and pr ecipitation co ntrol is emphatically narrated.KEY WORDS autom obile,ho t ro lled steel sheet,cold rolled steel sheet,coated steel sheet, high streng th steel sheet1 前言根据《汽车工业“九五”规划纲要》,至2000年我国汽车产量为270万辆,其中轿车130万辆。
经预测共需钢板218万t,其中热轧钢板90万t,冷轧钢板128万t。
至2010年,我国汽车产量为600万辆,其中轿车400万辆,共需钢板410万t。
因此,我国必须大力提高汽车钢板产量,以满足汽车工业发展的需要。
第三代汽车用钢中锰钢的开发
700
γ+α
700
600
600
500
500
400
400
300
α+θ α+γ+θ
300
200
200
100
100
0
0
0 2 4 6 8 10
Mn, mass-%
γ γ+α
α+γ+θ
α+θ
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 C, mass-%
图 4 第一类和第二类中锰钢热处理工艺原理
C in austenite, wt% Mn in austenite, wt%
1400 1200 1000 800
700°C 680°C 660°C 640°C
600
400
200
0 0
0.2µm
5
10
15
20
25
Engineering strain, %
图 8 中锰钢（Fe-0.05%C-6%Mn-1.4%Si）退火温度和应力曲
线。微观组织照片。
第一类中锰钢（Medium）的力学行为和微观组织如图 8 所示。实验结果表明：尽管经过 640 退火，钢板的强塑 积接近 20000MPa%，但是由于大部分的变形量是由于 局部变形导致的，这种变形行为限制了其实际应用。
0.0
0.5
1.0 0.0
0.5
1.0 0.0
0.5
1.0
Carbon content, mass-%
(a)
(b)
(c)
图 1 第一类和第二类中锰钢的相图
δ α+γ
δ α+γ
δ α+γ
汽车用第3代先进高强度钢的研发进展_张志勤
从图
可 见 川 , 在第 代
代和第
代
钢之
长 众 挂 橄 牌 出 礴
奥 氏体稳 定性 条件
间 的区域 , 即第
钢 区 域 , 现 有 的研 究 主 要
是通 过 改进 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 良好 的 钢 改
图
传统钢与
钢的抗拉强度与总伸长率之间的关系图
模 拟工作 的第
氏体发 生相 变 。 考 虑 定性 条 件 图
步是在 应 变状态 下 的亚稳 态 奥
到 个假定 的奥氏体稳
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 一 代 钢 ,如 、 一 、 孪 晶诱 发塑 性钢
一
抗拉 强度
注 , 传统 钢 一 铁家 体一 贝氏体钢 , 相 变诱发 塑性钢 双钢 相 复相 钢洲 一 马氏 体钢 一 轻 化诱 发塑性 钢浅一 高锰 孪晶 诱发 塑性钢 孪 晶诱发塑 性钥 一 时 热 成形钢 热处 理厂
一 二 热成形 钢
序号
组织
极限抗拉强度
均匀 的真应变
铁素体 奥 氏体 马氏体
代
钢 已成 为 世 界各 国研 发
个 方面 , 对这些 方案 和研 究
目标 区域 内 。 此 外 , 通 过 合 金 化 对 粒 细化 , 己获 得 了 标 准 强 度 达
的钢 。 其 它 的 在 一 况 下是 在
的热 点 , 本 文将 在 以下
钢 开 发包 括改进 热 处理 , 即 ℃ 。 当降 低
宝钢率先进行中锰系列第3代汽车用钢的研发和零件试制
１ － １ ２ ２ Ｍｉ ｃ ｈ ａ ｌ Ｋｒ ｚ ｙ ｚ ａ ｎ ｏ ｗｓ ｋ ｉ ，Ｊ ｏ ｈ ｎ Ｈ Ｂ ｅ ｙ ｎ ｏ ｎ ，Ｄ ｉ ｄ ｉ ｅ ｒ Ｃ Ｊ ，ｅ ｔ ａ １ ．
Ｏｘ ｉ ｄ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｂ ｅ ｈａ ｖ ｉ ｏ ｕ ｒ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ
（ ４ ） 投入 工作 辊 防剥落 水 。 （ ５ ） 限制 精 轧工作 辊 轧制 吨位 。
［ ７ ］ 鲁宪红． 热轧低碳钢板卷麻 面产生原因分析 口］ ．轧钢 ， ２ ０ ０ ７ ，
２ ４（ １） ： ６ ２ ．
［ ８ ］ 苏 清旭． 热带 表 面缺 陷与轧 辊 表 面状态 的关 系 ［ Ｊ ］ ．轧 钢 ，
带 钢 的合格 率 达到 ９ ５ 以上 。
氧化 （ 上） 口］ ． 世界钢铁 ， ２ ０ ０ ４ ， ４ （ ２ ） ： １ ． ［ １ １ ］ Ｍｉ ｋ ａ ｋ ｏ Ｔ ａ ｋ ｅ ｄ ａ ， Ｔ ａ ｋ ａ ｓ ｈ ｉ Ｏ ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ， Ｙ ｏ ｕ ｉ ｃ ｈ ｉ Ｍｕ ｋ ａ ｉ ．Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ
３ 控 制措 施及 效 果
根据 上述 低硅 钢 氧 化 铁 皮生 长 的特 性 ， 制 定 了 “ 低 温快 轧” 的原则 ， 具 体措施 如下 ：
（ １ ） ＦＥＴ ≤１ ０ ３ ０℃ 。
分析口］ ．轧钢 ， ２ ０ １ ４ ， ３ １ （ ３ ） ： １ ８ ．
［ ６ ］ 董欣欣 ， 唐勤． Ｓ Ｐ Ｈ Ｃ热 轧带钢 氧化铁 皮成 因和控 制［ Ｊ ］ ．轧
ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｓ
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第三代汽车钢的组织演变
(a)1m-4.5
(b) 5m-8.4
(c)30-18.3
(d)1h-22.5
(e) 6h-30.9
(f) 12h-33.7
Microstructural evolution as a function of ART-annealing time
C, wt%
Rm MPa Rm×A GPa%
汽车薄板钢发展
力学性能及成分 优点（解决问题） 缺点（未解决问题）
第一代钢
Rm=200-
1600MPa Rm×A=1020GPa% (TRIP:15-25性能好
强塑积低 （15GPa%） 高强度成形难(工艺 补充)，碰撞吸能差
合金总量≤3wt%
第二代钢
Rm=7001200MPa Rm×A=4565GPa% 合金总量≈30wt%
E
碳
锰
1200
1000
800
600 400
200 0 0.0
@650OCx6h 0.003 0.05 0.1 0.14 0.2 0.26 0.4
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Engineering strain
1500 (d)
1000
500
0 0.0
0.2C Austenisation
7Mn 5Mn
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 e , Engineering strain
E
力学性能的影响因素
, Engineering stress,MPa E
, Engineering tensile stress (MPa) E
亚稳奥氏体
试验温度
1000 800 600 400 200 0 0.0
5Mn钢中碳的影响规律
1200
Engineering stress (MPa)
1000
800 600 400 200
@650OCx6h 0.003 0.05 0.1 0.14 0.2 0.26 0.4
0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Engineering strain
0.003 0.05 0.10 0.14 0.20 0.26
2011 中国汽车轻量化技术研讨会
第三代汽车钢技术研发进展
中国钢研科技集团 钢铁研究总院 先进钢铁材料技术国家工程研究中心
时捷 曹文全 王存宇 王毛球 董瀚 连铸技术国家工程研究中心 陶红标 张慧 赵沛 2011年9月23日 重庆
影响汽车钢发展的因素
性能 工艺 成本
促进汽车钢发展的因素
轻量化和安全性 Light weight Impact safety
高强高塑 碰撞吸能好，成形 性好，减重效果明 显
工艺性能差，经济 性差，工业化难， 应用受限
第三代钢
? （介于前两代之间）
工业化，经济性好， 高强塑积（成形/吸 能），工艺性好
仅限概念提出 未见结果报道
第三代汽车钢得到国内外关注
（CCTV新闻联播2011年2月23日头条播出）
我们的高强塑第三代汽车薄板钢目标
M3 组织-本项目提出了新的组织调控目标
M3
packet
packet
packet
packet packet
packet
packet
packet
M3组织调控原理示意图
[C] 铁素体
板 条
板 条 块 残余奥氏体
• 原奥氏体晶粒 • 铁素体 • 残余奥氏体 • 马氏体/贝氏体 • 板条束/板条块/
板条 • 合金固溶和析出
TRIP/TWIP steel[13]
Nano-B. Steel[14]
60
Conv. Steel[2]
40
0.6~0.7 15Mn-3Si-3Al[13]
20
0 0
TRIP Steel[2]
ART-annealed Q&P-processed
20
40
60
80 100
Austenite volume fraction (%)
第二代
第三代
• TWIP、A钢（高Mn、 • 中低合金化、奥氏体状态
高Ni、高成本）
控制、碳配分
• 高强塑积45-60GPa% • 强塑积30-40GPa%
• 100%奥氏体
• M3组织
TRIP M
技术思路的形成
• 从铁素体晶粒细化到马氏体多尺度组织 • 从单一相到多相组合，马氏体+奥氏体 • 在生产和应用全过程中考虑组织稳定性
575 868 945 975 935 1018
15.2 23.9 28.8 37.5 40.5 42.8
0.28 22.43 27.54 31.25 27.00 35.00
0.40 1115
42.4
41.00
力学性能与合金元素
Engineering stress (MPa) s , Engineering stress (MPa)
高强度
零件易加工 Easy fabrication
高塑性
零件低成本 Low cost
低合金含量
高塑性
高质量
低工艺成本
稳定性
高效率
长寿命
汽车钢向高强度方向发展
（VW Sharan车身用钢，Hardy Mohrbacher, ICAS 2010）
美国提出了高强塑第三代汽车薄板钢目标
（美国 Auto/Steel Partnership: NSF 3rd Generation Advanced High-Strength Steels的目标）
延伸率， %
60 50 40 30 20 10
0 0
conventional TRIP martensitic Metastable 22SiMnTiB
500
1000 1500 2000 2500 3000
抗拉强度，MPa
汽车薄板钢发展
第一代
• DP、TRIP、M钢 • 低强塑积10-
20GPa% • <15%奥氏体 DP
[C]
重要的基础研究进展
800-1200MPa级 汽车钢
1300-1700MPa级 汽车钢
中锰钢
低合金 钢
ART退火
Q&P处理
提高塑性的思路 考虑颈缩条件：dσ/dε=σ
dS/d, Work hardening rate S, True stress/MPa
5000
4000
work hardening rate
3000 2000
Martensitic steel
TWIP steel
1000
TRIP600
IF
0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
, True strain
提高亚稳奥氏体量与控制稳定性
RmxA(GPa%)
100 (b)
TWIP/Aus. Steel[2]
80
20Mn-3Si-3Al