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