第三代汽车钢 钢铁论文
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。
第三代汽车钢技术研发进展.pdf
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
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。
[强度,汽车]高强度汽车用钢发展与第3代汽车高强度钢的探究
![[强度,汽车]高强度汽车用钢发展与第3代汽车高强度钢的探究](https://img.taocdn.com/s3/m/7a3ecf20f61fb7360a4c65ca.png)
高强度汽车用钢发展与第3 代汽车高强度钢的探究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1.0～1.2 mm 车身用高强度钢板减薄至0.7～0.8 mm，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=340～440 MPa)、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=590～980 MPa)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(Ultra Light Steel Auto Body)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。
第三代汽车用钢生产技术
20Mn-3Si-3Al
TRIP/TWIP steel[8]
Nano-B. Steel[9]
60
40 Conv. Steel[2]
20
Target
0.65 1
15Mn-3Si-3Al[8]
TRIP Steel[2]
0
0
20 40 60 80 100
Austenite volume fraction (%)
工业冷轧板退火后性能 Rm~830MPa-A~41% RmxA>30GPa%
热轧和冷轧退火中锰钢都达到了强塑积超过30GPa%的预定目标，标志着第 三代汽车钢的成功研发与工业试制！
第三代汽车钢的成形性能测试
Engineering stress/MPa
1600 1400 1200 1000
800 600 400 200
第三代汽车钢就是高强与高塑性结合的钢
第三代汽车钢应该是低成本高强度和高塑性的汽车用钢，其强塑积应该RmxA不小 于30GPa%
第三代汽车钢的研发思路
A(%) RmxA(GPa%)
10020G(Paa)%40GPa% 60GPa%
80 60 40 20
0 0
Fcc Bcc+Fcc
Bcc
Hot Forming HSLA Maraging DPSS Mart. IF steel Mart-Bain. TRIP DP Nano-Bain ASS TWIP
汽车钢发展现状
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: 10-20GPa% (TRIP:15-25GPa%) 合金总量≤3wt%
高强度 工业化/经济性好， 工艺性能好
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。
汽车面板用钢的研究及发展动向
汽车面板用钢的研究及发展动向陈俊录(材料与冶金学院材料2014.3)摘要：利用Ｎb(C，N)的微细析出物和晶粒细化机理，鞍钢研制出了汽车外面板用高强度超细晶冷轧IF钢。
新钢种抗拉强度大于390MPa，晶界附近有形成无沉淀析出区的趋势，屈服强度较低，同时具有高塑性应变比和高加工硬化指数，具有优良的成形性能，可完全满足汽车轻量化需要。
关键词：汽车面板；IF钢；高强度；晶粒细化；PFZ为适应汽车轻量化的要求，车身用钢板的高强度化研究正在迅速推进，其中，IF钢板作为第三代冲压用钢已被广泛应用于汽车工业[1]。
传统的高强度IF钢属于固溶强化钢，主要通过在IF钢中添加Sj、Mn、P等固溶强化元素来提高强度，但添加的固溶强化元素会恶化钢板的深冲性能(r值)，并使屈服强度提高，加工硬化指数(n值)降低，同时．由于缺乏晶界强化而易产生二次加工脆性。
特别是对于热镀锌合金化钢板(GA钢板)，固溶强化元素中的Si将严重损害镀层表面质量，使其不适用于复杂成形的外板零件。
为解决上述问题。
日本JFE公司通过细化晶粒，在提高晶界强度、抑制二次加工脆化的同时，不添加使表面质量恶化的固溶元素，利用独特的微细析出物沉淀强化．成功开发了汽车外面板用抗拉强度大于340 MPa的超细晶高强度钢板，使钢板获得了优良的深冲成形性和低屈强比[2]。
该钢种的冷轧和热镀锌产品在日本已经进行了商业化生产，而对于国内各大钢厂来说尚属空白。
本文介绍了鞍钢在高强度超细晶冷轧IF钢方面的研究情况，旨在实现此类汽车用钢的国产化。
替代进口，推进其在我国汽车轻量化进程中的广泛应用。
1试验原理及方法利用晶粒细化、析出强化结合原有的固溶强化形成钢的强化机制。
设计了高强度超细晶IF冷轧汽车板的化学成分。
在这种新型的高强‘IF钢中，碳含量将比传统高强IF钢高很多。
减少影响表面质量的Si和高成本的Mo 等固溶强化元素的添加量，而且添加一定量的Nb。
形成更多细小的铌的碳氮化合物Nb(C，N)并弥散分布。
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2500
(a) 马氏体钢 2000
工 程应力(MPa)
1500
Q&P钢
1000
500
0 0.0
TRIP600 钢 IF钢
TWIP钢 双相不锈钢
0.2
ห้องสมุดไป่ตู้
0.4
0.6
工 程应变
图 1 各种汽车用钢的力学性能总结(a)第一代、第二代及处于研发阶段的新型第三代钢 铁结构材料的应力应变曲线比较和(b)各种汽车用钢的塑性与抗拉强度间的关系(箭头 表示未来第三代汽车钢的研发方向)
表 1 给出了北美学者的一个研究报告。该报告认为，20 世纪 80 年代汽车厂家主要 考虑汽车钢的成本、成形性能和耐腐蚀性能，这对应着当时的 IF 钢和镀锌钢板；90 年 代主要考虑汽车钢的成本和碰撞安全性，当时汽车钢的代表主要是 HSLA 钢、C-Mn 钢 和 BH 钢。21 世纪初的前 10 年主要考虑汽车钢的成本、节能和碰撞安全性，这时的汽
车钢代表为 DP 钢、TRIP 钢和热成形钢。而未来的 10 年人们将主要考虑如何提高汽车
钢的碰撞安全性、节能效果与成本，人们预计未来的汽车钢将是同时具有高强度和高塑
性的新一代汽车钢[8]。
表 1 汽车主要设计目标、关键性能特点与研发的相应汽车钢类别
Table1 The key design, key properties and corresponding steels used in automobiles
第三代汽车钢的组织与性能调控技术
董 瀚，曹文全，时捷，王存宇，王毛球，翁宇庆
中国钢研科技集团公司 钢铁研究总院 先进钢铁材料技术国家工程研究中心，北京 100081
摘 要：本文介绍了第三代汽车钢的基础研究与工业试制工作。对国内外高性能汽车钢 的进行了回顾总结，在以“多相（Multi-phase）、亚稳（Meta-stable）、多尺度（Multi-scale）” （简称 M3）为特征的组织调控理论的指导下，提出了高强塑积第三代汽车钢的超细晶 基体与亚稳相的组织调控思路 ，采用了新型中锰合金化和逆转变奥氏体(austenite reverted transformation, ART)退火的技术思路。详细介绍了第三代汽车钢的基础研究进 展及工业试制结果，内容包括奥氏体逆转变退火机理、超细铁素体与亚稳奥氏体的双相 形成规律、高强塑积汽车钢的力学行为及其强塑化机理、第三代汽车钢的工业试制流程 及其服役性能和在汽车的应用技术与前景。本文介绍的研究结果形成了以高强度和高塑 性为特征的高塑积第三代汽车钢的原型钢技术，为汽车轻量化与碰撞安全性能的提高奠 定了材料技术基础。
Key words: third generation automobile steels, M3 typed microstructure control, ART-annealing, high product of strength to ductility
1、高强度汽车钢需要改善塑性 汽车的发展方向是轻量化、降低燃油消耗、减少排放和提高安全性[1-6]，从而对
3
汽车用钢称为第一代汽车用钢，而将强塑积为 50-70GPa%的奥氏体钢和 TWIP 钢称为第 二代汽车用钢。美国学者在第一代汽车用钢和第二代汽车用钢之间（性能与成本）提出 了第三代汽车用钢的概念，即性能和成本均介于二者之间的新型汽车用钢[7]。通过图 1 可以看出，第一代汽车用钢的抗拉强度可以从 IF 钢的 300MPa 提高到马氏体钢的 2000MPa, 甚至更高。但是它们的塑性基本上随抗拉强度的提高而降低。具体来讲抗拉 强度为 300MPa 的 IF 钢，它的延伸率可以达到 45%左右。而 2000MPa 的马氏体钢的延伸 率则低于 10%。可以说具有较低强塑积的第一代汽车钢已经不能满足汽车工业未来发展 对轻量化和高安全的双重要求。对于第二代汽车用钢，它的抗拉强度在 800-1000MPa 的水平上，其塑性可以达到 50-90%的优良塑性性能。由此可见，第二代汽车用钢的强 塑积远远高于第一代汽车用钢，表明第二代汽车用钢具有非常高的碰撞吸能能力与良好 的成型能力。但是相比于合金含量小于 5%的第一代汽车用钢，第二代汽车用钢添加了 大量的 Cr、Ni、Mn、Si、和 Al 等合金元素，其总合金含量高达 25%以上，导致其成本 较高、工艺性能较差及冶金生产困难较大。为了适应节约资源、降低成本、汽车轻量化 和提高安全性的要求，迫切需要研发具有成本接近第一代汽车用钢而性能接近第二代汽 车用钢的低成本高强高塑第三代汽车用钢。可以说低成本和高强塑是对未来汽车用钢发 展的一个基本定位。
1
the mechanism of austenite reverted transformation, microstructure evolution of the ultrafine grained ferrite and austenite dualphase structure, mechanical behaviors and ductility-enhancing mechanism, industry trial process, service performance and application technologies and prospects of the 3rd generation steels. It was concluded that this study forms the prototype technologies of the third generation automotive sheet steel, which provides the theorical and technological basement for the weightlightening and safety-improvement of the automotive steels in materials aspect.
关键词: 第三代汽车钢， M3 组织调控，逆转变退火，超细晶组织，高强塑积 On the Microstructure and Performence Control Technology of the 3rd Generation Auto Sheet Steels
DONG Han, CAO Wenquan, SHI Jie, WANG Maoqiu, WENG Yuqing National Engineering Research Center of Advanced Steel Technology
Central Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081
Abstract: The fundamental research and industry trials of the 3rd generation automobile steels was introduced in this paper. Motivitated by the theory of microstructure control characterized by Multi-phase, Meta-stable and Multi-scale(called M3 simply), summary and review of the home and abroad automobile steels were carried out, which led to the idea microstructure controlling characterized by ultrafine grained matrix and metastable austenite phase and the approaches of medium manganese alloying and austenite reverted transformation annealing for the research and development of the 3rd generation automobile steel. The fundamental research and industry trials were introduced in details, which included
近 20-30 年，汽车用钢的得到了发展迅速[7-10]。比如上世纪九十年代的低强高塑 的无间隙原子钢(Interstitial-Free steel, IF)和烘烤硬化钢(Bake hardening steel, BH)到今天 更高强度的双相钢(Dualphase steel, DP)、相变诱导塑性钢(Phase transformation induced plasticity, TRIP)和热成形马氏体钢。现在世界各国又在研发具有孪生诱导塑性(Twinning induced plasticity, TWIP)的超高塑性的奥氏体钢和 TWIP 高强钢。根据国际上对超轻钢汽 车用钢的研究，将抗拉强度(Rm)小于 270MPa 的钢板称为低强度钢板，抗拉强度在 270-700MPa 的为高强度钢，而抗拉强度在 700MPa 以上的为超高强度汽车钢板。图 2 示 出 了 各 种 钢 的 应 力 应 变 曲 线 及 其 抗 拉 强 度 与 伸 长 率 (A) 之 间 的 关 系 。 根 据 强 塑 积 (RmxA)的大小，人们将强塑积为 10-20GPa%的 IF 钢、DP 钢、TRIP 钢和马氏体钢等