汽车轻量化用高强度钢现状及其发展趋势(双相钢与trip钢)

金属与非金属材料对汽车轻量化的影响

金属与非金属材料对汽车轻量化的影响1汽车轻量化1.1 汽车轻量化的必要性2007年，我国汽车销量达到了880万辆，汽车消费规模居世界第二。

我国汽车产量和保有量的持续高速增长为汽车及相关行业的进步带来巨大机遇的同时，汽车工业也面临着一个巨大的挑战。

汽车及相关行业的发展对社会能源供给、环境保护等方面的影响日益明显，因此要承受的节能减排的压力也日趋增大。

有关研究数据表明，若汽车整备质量降低10%，燃油消耗可减少6%～8%。

由此可见，伴随轻量化而来的突出优点就是油耗的显著降低。

尤其汽车车身约占汽车总质量的30%，对空载而言，约70%的油耗是用在车身质量上的，因此车身的轻质化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。

同时，轻量化还将带来车辆操控稳定性和冲撞安全性的提升:因为车辆行驶时的颠簸会因底盘重量减轻而减轻，整个车身会更加稳定；轻量化材料对冲撞能量的吸收，又可以有效提高冲撞安全性。

因此汽车轻量化已成为汽车发展产业中的一项关键性研究课题。

汽车轻量化的技术内涵是:采用现代设计方法和有效手段对汽车产品进行优化设计，或使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重，降耗，环保，安全的综合指标。

然而，汽车轻量化绝非是简单地将其小型化而已。

首先应保持汽车原有的性能不受影响，既要有目标地减轻汽车自身的重量，又要保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时汽车本身的造价不被提高，以免给客户造成经济上的压力。

1.2 实现汽车轻量化的主要途径1.2.1 合理的结构设计目前国内外汽车轻量化技术发展迅速，主要的轻量化措施是轻量化的结构设计和分析，设计已经融合到了汽车设计的前期。

轻质材料在汽车上的应用，包括铝、镁、高强度钢、复合材料、塑料等，并在前期与结构设计以及相应的装配、制造、防腐、连接等工艺的研究应用融为一体。

在现代汽车工业中，利用CAD/CAE/CAM一体化技术起着非常重要的作用，涵盖了汽车设计和制造的各个环节。

TRIP

TRIP
Transformation Induced Plasticity Steel
当前，汽车制造商既要提高汽车的安全性，又要减少汽车的油耗。而减轻汽车自重是降低油耗最简单而有效的方法。应用高强度钢材可达到既提高汽车安全性，又可减轻汽车自重的目的。
传统的高强钢多是通过固溶强化、析出强化和细晶强化做为主要强化手段。而先进高强钢是通过相变进行强化的钢种，其组织中含有马氏体、贝氏体和残余奥氏体，包括双相钢、 TRIP钢、复相钢和马氏体钢等。先进高强钢的强度和塑性配合优于普通高强钢，兼具高强度和良好的成形性。这正是汽车工业所需要的。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。
the end
TRIP效应
相变诱发塑性钢(TRIP钢)之所以比其他高强度钢性能优异的原因是根据钢的合金化和相变原理，采用特定的化学成分和独特的热处理工艺，充分运用钢中“相变诱发马氏体效应” 的结果。当钢中含有一定量的奥氏体形成元素元素，再经过两相区(α+γ)温度内临界退火和在随后的中温贝氏体等温淬火，从而得到较大量的残余奥氏体。当钢受到载荷作用发生变形时，就会使钢中的残余奥氏体进行诱发马氏体相变，导致钢的强度，塑性显著提高，即为“TRIP效应”
残余奥氏体对TRIP钢的影响
残余奥氏体是TRIP效应的来源，主要分布在两种位置，一是呈团状分布于铁素体晶粒内或晶界处；二是呈膜状或针状分布在贝氏体与铁素体间。残余奥氏体含量与稳定性对TRIP效应都有影响，只有达到残余奥氏体含量与稳定性的统一，才能获得最佳的力学性能。
TRIP钢的展望
TRIP钢板是集高的强度、良好的塑性与成形性能于一体的较理想的新型汽车用材。近几年在国外工业发达国家受到高度重视。国内近几年虽然也对TRIP钢板进行了一些实验研究，但与国外相比仍有相当大的差距，因此很有必要在国际最新研究开发成果的基础上，开展研究TRIP钢板的工业生产提供理论依据和工艺控制技术。

国内冷轧汽车用钢的研发历史、现状及发展趋势

国内冷轧汽车用钢的研发历史、现状及发展趋势摘要：回顾了我国冷轧汽车用钢的研发历史，总结了我国冷轧汽车用钢的现状，结合国家振兴钢铁工业的政策，分析了我国冷轧汽车钢板的发展趋势。

提出国内有盛要发展新一代先进高强汽车用钢，主要包括TwIP钢、Q&P钢和热冲压成型钢等，此举不仅具有巨大的经济意义，还具有保证行驶安全、节能减排、环保的现实意义。

关键词：冷轧；汽车用钢；发展趋势从1957年新中国的第一辆汽车正式生产下线开始，我国汽车工业在20世纪中期经历了漫长的发展过程。

1958年中国汽车产量为1万辆，1992年突破100万辆。

进入新世纪以来，我国汽车工业呈现出井喷式的发展，2005年中国汽车产量达到570万辆，2008年达到934．5万辆。

汽车用材的70％～80％是钢铁材料，在一定程度上代表了一个国家钢铁工业的水平。

我国在汽车品种和技术水平方面，已经和发达国家同步。

随着汽车工业的发展，对优质汽车用钢的要求越来越高，需求也越来越大。

因此，紧跟汽车工业的发展趋势，研究和开发新一代汽车用钢，必将成为我国钢铁工业应用基础研究的重要发展目标。

1 国内冷轧汽车钢板研发的历史回顾钢材是汽车制造的主要原料，品种主要有型钢、中板、薄板、钢带、优质钢材、钢管等，其中以薄板和优质钢材为主。

冷轧板带及其镀层板带的用量约占板带材用量的90％，为450～550 kg，如夏利车的用量约为450 kg车身加长的红旗车为550 kg。

轿车用冷轧板带及镀锌板厚度为0．40～4．00 mill，冷轧板带用量最多的厚度规格是0．80 ITlnrl，其次是o．70 mra；镀锌板用量最多的厚度规格是0．80 nlr ／l和O．70 mill。

轿车用冷轧板带的宽度为600一l 850 mln，1 000 Innl以下的用量最大。

20世纪50～80年代，国内的汽车用钢由鞍钢提供，主要是08A1等软钢板。

20世纪80年代后期，我国开始研发无间隙原子钢(IF钢)。

轿车车身高强度钢应用进展

ＵＳＢ研究项目始于１９ＬＡ９４年美国钢铁协会的
倡仪，由世界钢铁协会成立了由１国家３８个５家钢
铁公司参加 “ 轻钢制车身 ” ＵＳＢ）目组，过超（ＬＡ项通以车身轻量化为目标，身至少减重２％以上，车５而且不再需要增加补强部件，以大幅减少制造成本，可因此会给汽车制造业带来革命性的改变。
从图２可以看出，与传统钢制车身相比，采用新
型钢制车身可以降低成本和进一步减重；用液压采
前宝马３系列车身增加了１ｇ２ｋ。而对于采用多相
钢达到总重量２％的新３系列，身质量减少到６车
成形等新技术的钢铁材料，也可以达到降低成本和进一步减重的效果；用铝制车身，采虽然减重效果很好，但其成本代价太高Ｊ。
之后开展的ＵＳＢＡＣ项目ＬＡ。Ｖ
高了。为了达到这一要求，改了设计，修增加了２％的高强度钢（４没有采用多相钢）的用量，而导从
致车身质量达到２６ｋ，９ｇ较单独满足尺寸要求的以
ｍｉｉｍ— ｇｅｉｍｌｙｔｅｒａｅｔｅｂｄｓｙ４％．Ｔｅｆｔｒｅｉｎｉｅｏｔｅａｏｙｉｔｅｇａｏｄ — ｎｕｍａｎｓｕａｌｏｄｃｅｓｈｏｙｍａｓｂ０ｏｈｕｕｅｄｓｇｄａｆｒｓｅｌｃｒｂｄｓｈｏｌｅｔｃｅｓｈｏｙｍａｓｂ５ｉｈａｆｅｅｏｍｅｔｏｉｅｅａｉｎｈｇｔｅｇｈｓｅｓｅｂｄａｓｍａｕａ－ｒａｅｔｅｂｄｓｙ３％ｎｔｅｗｙｏｖｌｐｎｆｔｒｇｎｒｔｉｈｓｎｔｌ，ｎｗｏｙｐｒｎｆｃｄｈｄｏｒｔｅｔｔｒｇｐｏｅｓａｄｆｒｎｅｉｎｈｈｒｃｅｉｔｓｏｉｈｓｒｎｔｔｅｓｔｅｂｄｓｅｕｔｎｓｌｔｎｓｈｍｅａｄｕｉｒｃｓｎｏｍｉｇｄｓｇ．Ｔｅｃａａｔｒｉｆｇｔｅｇｈｓｅｌ，ｈｏｙｍａｓｒｄｃｉｏｕｉｃｅｎｎｓｃｈｏｏｓｌｃｉｎｏｔｒｌｅｅｔｆｍａｅｉｓ，ａｄｔｅｇａｅ，ｃｅｃｌｃｍｐｓｔｎ，ｐｏｅｔｓｐｌａｉｎｐｏｒｓｎｏｅａｔｏｉｈｓｒｎｈｏａｎｈｒｄｓｈｍｉａｏｏｉｏｉｒｐｒｅ，ａｐｉｔｒｇｅｓａｄｆｒｃｓｆｈｇｔｅｇｉｃｏｔｓｅｓａｅｐｅｅｔｄｉｈｓｐｐｒｔｌｒｒｓｎｅｎｔｉａｅ．ｅＭａｅｉｌＩｄｘＨｉｈＳｒｎｔｔｅ，ＣｒＢｄ，ＰｏｅｓｏｐｉａｉｎｔｒａｎｅｇｔｅｇｈＳｅｌａｏｙｒｇｓｆＡｐｌｔｒｃｏ

我国汽车新材料技术发展现状分析与建议

我国汽车新材料技术发展现状分析与建议以高强度钢、铝合金、镁合金和塑料等汽车轻量化材料为对象，论述了我国汽车新材料开发与应用现状、差距和存在的主要问题；提出了发展我国轻量化汽车新材料的几点建议。

作为一种社会化的产品．汽车对人类社会的影响日益深刻，尤其是对能源和环境。

据统计，美国的汽车消耗了其石油产品的５０％以上．所排放的ＣＯ：约占人为ＣＯ：排放总量的１／４。

而随着汽车保有量的逐年上升，石油资源消耗和ＣＯ，的排放将呈现持续增长态势。

汽车轻量化是应对上述危机的重要技术措施之一。

世界铝业协会的报告指出，汽车自重每减轻１０％，燃油消耗可降低６％～８％。

因此，汽车轻量化对于节约能源、减少排放、实现可持续发展战略具有十分积极的意义。

在这种大趋势的推动下，轻量化材料的开发与应用已成为当前汽车新材料技术发展的主导方向。

轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料。

它有两大类：一类是低密度的轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、塑料和复合材料等；另一类是高强度材料，如高强度钢、高强度不锈钢等。

在发达国家的汽车技术发展规划中，均将轻量化材料及其应用技术（又称为支撑技术）作为其中的一个重要内容，并进行了长期不懈的努力。

本文以高强度钢、铝合金、镁合金和塑料等汽车轻量化材料为对象．论述了我国汽车新材料开发与应用现状、差距和存在的主要问题．并提出了发展我国轻量化汽车新材料的几点建议。

１发展现状分析１．１状况我国汽车新材料的研发是在国内轿车工业的带动下起步的。

为满足轿车材料国产化需要，“九五”和“十五”期间先后将“轿车新材料技术开发”、“超高强度高韧性铝合金研究开发和产业化关键技术”、“镁合金开发应用及产业化”等一批汽车新材料项目．列为国家“８６３”、“９７３”高新技术项目和国家科技攻关重大项目，相继开发出了一批国产轿车急需的金属材料和非金属材料，促进了汽车材料的技术进步。

目前，我国汽车材料体系已初步形成，技术含量高的新产品发展开始加速：汽车用高性能钢板、塑料对进口的依赖程度逐年下降：铝合金（除板材外）及其成形技术基本上能满足当前汽车工业需求：镁合金的开发及应用已有一个良好的开端，汽车镁铸件的生产具有一定的规模。

相变诱发塑性(TRIP)钢

TRIP
效应是残余奥氏体向马氏体转变使得强度和塑性同时提高的效应。这种残余奥氏体在室温下比较稳定 , 但在变形时会发生马氏体相变 , 诱发钢的塑性提高 TRIP 钢在变形过程中 , 残余奥氏体转变成高强度的高碳马氏体 , 同时伴随着体积膨胀 , 因而抑制了塑变的不稳定 , 增加了均匀延伸的范围 , 故使得强度和塑性同时提高。
另外，Si元素有缩小奥氏体相区的的作用，Si
元素含量提高，在两相区退火时使奥氏体比例下降低碳Si—Mn系TRIP钢中含Si量只有在超过1.0% 的情冴下，才有可能导致最终显微组织中残余奥氏体的体积分数显著提高低碳Si—Mn系TRIP钢中，Si元素含量控制在 1.0%~1.5%之间
具有良好的碰撞吸能特性是高强度钢板的一个
主要优势

TRIP 钢加工硬化速率变化较平缓, 随应变呈线性下降趋势;而 DP 钢加工硬化速率下降较快, 随应变呈指数曲线下降趋势。因而, 在变形初始阶段, DP 钢具有较好的吸能特性，而在大变形阶段, TRIP 钢的吸能特性更显著
在汽车用普通钢用量不断下降的同时 , 高强度钢和超高强度钢的用量则稳步增长。尤其是先进高强度钢 (AHSS) 中的双相钢和相变诱发塑性钢 , 由于其性能优良 , 更成为工业界和科学界关注的热点。TRIP钢近几年在国外工业发达国家受到高度重视，对其研究开发及应用的进展很快。国内近几年虽然也对TRIP钢板进行了一些实验研究，但与国外相比仍有相当大的差距，今后国内应加大 TRIP 钢的研究 , 加快它的生产和应用。
Mn元素有较强的稳定奥氏体的作用，在TRIP钢
中加入Mn元素，有利于在最终显微组织中保留较多的残余奥氏体 Mn主要影响奥氏体生成后向铁素体长大的过程以及奥氏体与铁素体的最终平衡加入Mn元素使先共析铁素体析出线右移，这样使退火冶却过程中铁素体析出量较少，以保证最终显微组织中残余奥氏体含量当钢中Mn含量较高时，会导致TRIP钢板中生成带状组织；但是Si元素的存在，可消除钢板中的带状组织低碳Si-Mn系TRIP钢中Mn元素的成分变化范围在1.0%~2.0%之间

第三代先进高强钢的开发思路

第三代先进高强钢的开发思路在过去的几十年里，人们为开发先进高强钢做了大量的研究工作。

当时研究的主要目的是为了满足汽车工业的需要，希望通过减轻车身重量来降低油耗，同时提高车内乘客的人身安全。

随着监管日趋严厉，人们对汽车的抗冲撞能力和省油的期望也越来越高，先进高强度钢已广泛应用于汽车车身结构。

预计到2015年，先进高强钢在轻型车的车身和车盖上的重量百分比将提高到35%，而低碳钢的重量百分比将从2007年的55%降至29%。

许多国内外的汽车制造商正在将高强钢的广泛应用列为汽车发展战略的一部分。

目前正在应用和研究的先进高强钢有：第一代先进高强钢—双相（DP）钢、多相（CP）钢和相变诱导塑性（TRIP）钢，以及第二代先进高强钢—奥氏体孪晶诱导塑性（TWIP）钢、诱导塑性轻钢（L-IP)和剪切带强化（SIP）钢。

第一代先进高强度钢合金含量低，主要是以铁素体为主的多相显微组织。

双相钢是目前使用最多的一种先进高强钢，除了强度高、成型性好外，还具有易于焊接和加工的优点。

TRIP钢兼具良好的强度和延伸性能，其残余奥氏体相通过应变诱导相变转化成马氏体相，从而提高了应变硬化指数。

第二代先进高强钢机械性能优异，但因奥氏体钢的合金含量高，使得成本大大增加。

此外，这些合金的加工难度非常大，而且TWIP钢还易于产生延迟裂纹。

最新研究结果表明，加入铝可降低脆化敏感性，但具体的作用机理尚在研究中。

由于第一代和第二代先进高强钢在性能上存在缺失，因此，目前正在研究如何通过改进处理工艺或采用新型处理工艺来弥补性能上的不足，同时应特别注意这些工艺的工业可行性及经济性。

现在正在寻求一些解决方法，具体包括：·通过处理提高双相钢性能；·改进传统的TRIP钢处理方法；·开发具有超细贝氏体显微组织的高强钢；·采用新型处理工艺，包括淬火分配以及超快速加热和冷却；·开发高锰TRIP钢等。

新一代先进高强钢的开发办法主要着眼于：在无需添加太多合金成分的情况下，使强度和/或韧性超过第一代先进高强钢；或将第三代先进高强钢的合金含量降低。

TRIP钢组织与性能

提高钢板性能的方法－－无间隙原子钢
（Interstitial-Free 钢）
极低的碳、氮含量，加入钛等微量合金元素，有极好的成形性
提高钢板性能的方法－－固溶强化
一定量的碳、氮含量，加入价廉的硅、锰元素，强度水平为440MPa
提高钢板性能的方法－－沉淀硬化
含有一定量的碳、氮，加入钒、钛、铌等微量元素，形成碳化物，强度水平为780～ 980MPa
• Zackay认为，这些高强度钢由于发生了应变诱发马氏体相变，推迟了颈缩的开始时间，导致了塑性的提高，这就是相变诱发塑性。
• Zackay提出，将具有相变诱发塑性这一特性的钢，统称为TRIP钢。
• Zackay的TRIP钢含有大量的合金元素，成本很高，所以，没有被广泛的使用。
5 低碳低合金TRIP钢
• 用TRIP钢试制的汽车零件（front-side-member），板厚为1.4mm，用500t压机，经四道工序冲压而成
材料
σs σb δ/% n 值 r 值极限变实际变
/MPa /MPa
形量形量
TRIP 钢板 471 690 30.2 0.20 1.00 36％ 28％
高强度钢板 220 355 43.1 0.24 1.60
0.185 C-1.0Si-1.87Mn 430 840 29.5 上海大学
不同强化机制的高强度钢板的强度和塑性
• 与传统的强化方式相比较：
– TRIP钢在提高钢板强度的同时，仍然保持良好的塑性。
– TRIP钢具有最高的强塑积（抗拉强度与延伸率的乘积）
• 目前，低碳 TRIP 钢的强塑积已达到了 24,000MPa ，比目前所有的汽车用钢材高得多。

纯电动汽车车身材料轻量化应用现状浅谈

10.16638/ki.1671-7988.2020.07.007纯电动汽车车身材料轻量化应用现状浅谈赵治，郝志莉（盘锦职业技术学院机电工程系，辽宁盘锦124000）摘要：纯电动汽车是新能源汽车中的重要一员，在我国备受瞩目与欢迎，应用的范围也非常广泛，大到城市，小到农村都能见到它的身影。

车身作为纯电动汽车的重要组成部分，对纯电动汽车的安全性、续驶里程等都有重要影响。

近年来，除传统的车身高强度钢材外、铝合金、碳纤维、塑料等强度高、密度小的材料在纯电动汽车车身上应用越来越多，对纯电动汽车轻量化起着越来越重要的作用。

关键词：纯电动汽车；车身轻量化；材料中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)07-22-03On the Current Status of Lightweight Applications of Battery ElectricCar-body MaterialsZhao Zhi, Hao Zhili（Panjin V ocational Technical College, Mechanical and Electrical Engineering, Liaoning Panjin 124000）Abstract:Battery electric vehicles (BEV) are an important member of new energy vehicles. They have attracted much attention and popularity in China, and their applications are also very wide. They can be seen in cities as well as small rural areas. As an important part of pure electric vehicles, the car-body has an important impact on the safety and driving range of battery electric vehicles. In recent years, in addition to traditional high-strength steel for car-body, high-strength, low-density materials such as aluminum alloys, carbon fibers, and plastics have been increasingly used in battery electric vehicle car-body, which has become increasingly important role for the lightweight of battery electric vehicles.Keywords: Battery electric vehicles; Car-body lightweight; MaterialsCLC NO.: U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)07-22-03引言目前，纯电动汽车车身材料与燃油汽车相同，仍然以车用薄钢板为主，其低廉的价格与优异机械加工性能目前无其他材料可以完全替代[1]；但其不能适应纯电动汽车的节能与轻量化的要求。

汽车轻量化-文献综述

材料科学专业讲座姓名：林存龙学号: 1531508专业：无机系材料在汽车轻量化中的应用及发展摘要：由于汽车工业的迅速发展，汽车产量和保有量的增多，带来了油耗、排放和安全三大问题。

论述了汽车节能减排是汽车工业发展的必然趋势,轻量化是汽车节能减排的直接而有效的手段;介绍了汽车轻量化意义和轻量化工程的实施方法。

采用轻量化材料，如高强钢、铝合金、镁合金、塑料、复合材料等重点介绍了轻量化材料及先进的制造工艺在汽车轻量化中的应用现状，综述了轻量化领域中新材料、新工艺的最新研究进展。

总结了目前国内外研究的热点、难点问题.基于目前的研究现状，提出了未来汽车轻量化技术的发展趋势。

关键词：汽车；轻量化The Application and Development of Materials in Automotive Weight LightingAbstract: The brief condition of development of China automotive industry was reviewed。

Three problem：oil consumption，emission，safety were brought about due to the rapid development of auto industry , the production output and vehicle stock in China。

Energy saving and emission reduction is necessary trend of auto industry development。

Affective and direct method and way is Auto lightweight。

The concept ，significance implementation methods have been introduced. Use the lightweight materials of high strength steel, aluminum alloy，plastics composites, etc。