第３４卷增刊２００９年７月广西大学学报：自然科学版ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮａｔＳｃｉＥｄＶ０１．３４，Ｓｕｐ．Ｊｕｌｙ２００９文章编号ｌ１００１．７４４５（２００９）增一０４１８—０３汽车用高强度钢板现状和发展趋势赵艳君，胡治流，李逸泰（广西大学材料科学与工程学院，广西南宁５３０００４）摘要：随着汽车工业的发展，新型的高强度、高性能钢板在汽车行业中得到越来越广泛的应用，这是汽车减轻重量、提高安全性的基础．本文介绍了几种高强度钢，如高强度ＩＦ钢、双相钢、相变诱发塑性钢、含磷高强度钢、马氏体钢、孪晶诱导塑性钢等的原理、性能以及开发和进展情况。关键词：汽车钢板Ｉ高强度钢；研究进展中图分类号：ＴＧｌ４２文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｓｆｏｒａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｕｓｅＺＨＡＯＹａｎ—ｊｕｎ，ＨＵＺｈｉ—ｌｉｕ，ＬＩＹｉ—ｔａｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｒｅｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｄｍｏｒｅｉｎｄｕｓｔｒｙｎｅｗ，ｈｉｇｈａｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｓｕｓｅｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｗｅｉｇｈｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓａｆｅｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓ。Ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒｔｈｅｔｈｅｏｒｉｅｓ、ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆａｄｖａｎｃｅｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｓｓｔｅｅｌ、ＤＰｓｔｅｅｌ、ＴＲＩＰｓｔｅｅｌ、ＲＰｓｔｅｅｌ、ＭＡＲＴａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓａｒｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｓｕｃｈａｓＩＦｓｔｅｅｌ、ＴＷＩＰｓｔｅｅｌａｎｄｅｔｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｒｅｓｅａｒｃｈａｔｐｒｏｄｕｃｅｄｆｏｒｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｓｐｒｅｓｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔ；ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌ；ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓ近几年，随着汽车占有量不断增加，燃油价格的不断上涨，汽车工业对轻量化、安全、环保以及燃油经济性要求越来越高，而节能和环保则要求汽车生产厂家在确保汽车安全性的基础上尽量降低车身重量。因此国内外的汽车制造厂与钢厂紧密合作，开发出一系列的新型汽车用高强度钢板。采用高强度钢板可以达到减薄车身用板的厚度和重量的目的，这样既可减少汽车重量，在降低燃油消耗的同时降低排放，又可提高汽车的安全性。这就使新型的高强度钢板在汽车行业中得到越来越广泛的应用，特别是在汽车车身的生产中。一般普通低碳钢板的拉伸强度为２８０＂－－３２０ＭＰａ，高强度钢板的拉伸强度在３５０ＭＰａ以上。高强度钢板不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛应用。目前应用在汽车车身上的高强度钢板主要有：高强度ＩＦ钢板、双相钢板（ＵＰ钢板）、相变诱发塑性钢（ＴＲＩＰ钢）、含磷高强度钢板（ＲＰ钢板）、马氏体钢（ＭＡＲＴ）、孪晶诱导塑性钢（ＴＷＩＰ钢）等。１汽车车身用高强度钢板的现状（１）高强度ＩＦ钢板。ＩＦ钢（ＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌＦｒｅｅＳｔｅｅｌ）的研究是Ｃｏｍｓｔｏｃｋ在１９４９年最先提出的。在普收稿日期：２００９—０６—２０通讯联系人：赵艳君（１９７１一），女，辽宁葫芦岛人。广西大学讲师，硕士；Ｅ—ｍａｉｌ：５６１５００４８９＠ｑｑ．Ｃｏｒｎ．万方数据增刊赵艳君等：汽车用高强度钢板现状和发展趋势４１９通低碳钢中加入足够量的钛（碳含量为４～５倍），钢中的Ｃ，Ｎ等原子被固定成Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），由于钢中无间隙原子，该钢具有优良的冲压性能，这成为ＩＦ钢发展的基础。到２０世纪６０年代，由于真空脱气技术在冶金行业的应用，ＩＦ钢开始在世界范围内得到飞速发展，到了２０世纪８０年代，以ＩＦ钢级别系列为代表的第三代冲压用钢得到了广泛应用。高强度ＩＦ钢是通过适当添加Ｐ，Ｓｉ，Ｍｎ等元素进行固溶强化以提高强度，同时保持ＩＦ钢良好的成型性能。其中Ｐ是强化效果好、价格又低廉的添加元素，只要钢中磷含量≤Ｏ．１２％，其对钢的冷脆性影响就很小。但是由于Ｐ容易在晶界发生偏析使晶界脆化，所以随着钢中含磷量增加，超低碳有发生冷加工脆性的倾向，解决方法是加入元素Ｂ，它将在晶界处快速偏析而引起强化ｉ同时抑制Ｐ的晶界偏析［１］。‘日本第二大钢铁公司一ＮＫＫ公司，已经成功开发出汽车面板用４４０ＭＰａ高强度钢板，兼具有优良成形性和高韧性［２］。这种钢板应用了ＳＦＧ（ＳｕｐｅｒＦｉｎｅＧｒａｉｎ）超细晶粒技术，它以ＩＦ钢为基，但含碳量比原来的提高约一倍，使碳化物微细分散于钢中，造成品粒细化（尺寸约为７～８ｐｍ，约为原来的２／３），这样既保持良好的深冲成形性，又能使成形后的韧性与软质钢板相匹敌。（２）双相钢板（ＤＰ钢板）。随着强度的增加，钢板伸长率下降，要获得强度高、塑性好的钢板，最理想的组织应为铁素体（高塑性）十马氏体（高强度）。要求马氏体不破坏冲压时的基本组织（铁素体）变形的连续性，马氏体应为岛状，这种铁素体＋马氏体钢称为双相钢（Ｄｕａｌ积分数约为２０％。双相钢是１９６８年美国最先提出的，直到２０世纪７０年代中后期，在对双相钢的化学成分、显微组织和成形性有了了解的基础上，相继开发出了Ｓｉ：Ｍｎ冷轧双相钢、ＴＭＴ５５０含氮双相钢、含钒双相钢、热轧双相钢和热处理双相钢等。ＤＰ钢最早的合金设计是基于Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等元素的合金化，由于合金含量相当高，钢的成本较高，因此已开发出了无钼双相钢。典型的热轧双相钢，其合金成分设计为：０．０８％Ｃ，０．５０ｏ，４ＰｈａｓｅＳｔｅｅｌ）。它的显微组织特点是在铁素体基体上分布着一定比例的呈网状、弥散以及复合结构的第二相粒子，它们通常为马氏体，其体Ｍｎ，０．３０％Ｓｉ，０．５０％Ｃｒ，０．０７％Ｐ。据此设计思想，开发出ＤＰ５００钢（Ｒ．＞５００ＭＰａ）［３］。这种钢是用Ｎｂ替代Ｐ来进行微合金化，通过奥氏体调整对晶粒进行细化，使铁素体晶粒尺寸从４．２弘ｍ减小到２．５ｐｍ，从而使材料力学性能达到ＤＰ６００钢的水平。（３）相变诱发塑性钢（ＴＲＩＰ钢）。相变诱发塑性钢是指钢中存在多相组织的钢，这些相通常为铁索体、贝氏体、残余奥氏体和马氏体。在形变过程中，残余奥氏体向马氏体转变时引起了相变强化和塑性增长，为此残余奥氏体必须有足够的稳定性，以实现渐进式转变，一方面强化基体，另一方面提高均匀的伸长率，达到强度和塑性同步增加的目标［．］。ＴＲＩＰ钢的性能范围：屈服强度３４０－－－８６０ＭＰａ，抗拉强度６１０～１０８０ＭＰａ，伸长率２２％～３７％。近年来ＴＲＩＰ钢的发展迅速，许多研究结果表明，高硅含量的ＴＲＩＰ钢与低合金高强度钢相比具有更好的延展性和抗拉强度，其成分系列有：Ｃ—Ｍｎ—Ｓｉ—Ｎ—Ｖ，Ｃ—Ｍｎ－－Ｓｉ—Ｔｉ和Ｃ—Ｍｎ—Ｓｉ—Ｎｂ等，但硅含量高将导致带钢表面产生红色氧化皮以及热镀锌性能变差等缺点。近年来，一些研究者开始侧重于用其它元素（如铝、磷等）部分取代硅，以降低钢中的硅含量，改善涂镀性能，通过添加铌、钒、钛及钼等元素来提高ＴＲＩＰ钢的强度［５‘７］，正在研发的成分体系有Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｓｉ—Ｐ—Ｎｂ，Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｓｉ－－Ｎｂ，Ｃ—Ｍｎ—Ｓｉ—Ｎｂ—Ｍｏ和Ｃ—Ｍｎ—Ａｌ—Ｓｉ—Ｐ—Ｔｉ等‘引。ＴＲＩＰ钢主要用来制作汽车的挡板、底盘部件、车门冲击梁等。此＃ｂＴＲＩＰ钢板可作为热镀锌和Ｚｎ—Ｎｉ电镀锌的基板，以生产高强度、高塑性、高拉深胀形性以及高耐腐蚀性的镀锌板。韩国浦项已经成功开发出８００ＭＰａ和１０００ＭＰａ级的ＴＲＩＰ钢，钢板的成形性能非常好，可以加工成复杂形状的汽车部件。日前，他们正着手开发１２００ＭＰａ级的ＴＲＩＰ钢。在日木，三菱汽车公司与新日铁、住友金属及神户制钢等合作开发出汽车底盘零件用ＴＲＩＰ高强度钢板，在其新车型中己有８０余种底盘零件用ＴＲＩＰ钢板制造。阿塞洛ＴＲＩＰ钢包括ＴＲＩＰ６００，ＴＲＩＰ７００，ＴＲＩＰ８００和ＴＲＩＰｌ０００共４个冷轧品种和１个（ＴＲＩＰ８００）热轧品种［９］。该类钢用于汽车的座椅结构件、横梁、纵梁、中后强化件、挡板和防护强化件等。宝钢采用连续退火生产的ＴＲＩＰ６００钢板已经商业化，该钢板具有高的仲长率和高的ｎ值。这些性能特点使其可以替代软钢冲压零件。近几年，宝钢正在进行ＴＲＩＰＳ００等钢种的研究开发Ｄｏ］。（４）含磷高强度钢板（ＲＰ钢板）。含磷高强度钢板是在铝镇静钢中添加一定量的磷作为强化元素万方数据４２０广西大学学报：自然科学版第３４卷而形成的。磷的强化能力很强，约为Ｓｉ的７倍，Ｍｎ的１０倍。要获得强度相当的钢板，钢中加入０．１％的Ｐ和加入０．７０Ａ的Ｓｉ或１．ｏ％的Ｍｎ，其强化效果是等同的。这可节约大量的合金元素，既降低了钢的生产成本，又不会因钢中加入大量的合金元素（Ｓｉ或Ｍｎ）而降低钢板的塑性。（５）马氏体钢（ＭＡＲＴ）。马氏体钢的生产是通过高温的奥氏体组织快速淬火转变为板条马氏体组织，其强度可达１５００ＭＰａ以上，是目前商业化高强度钢板中强度级别最高的钢种。因此，当生产板状产品时，由于受成形性的，只能用滚压成形生产或冲压形状简单的零件，主要用于成形要求不高的车门防撞杆等零件代替管状零件，减少制造成本［１¨。其成分含有较高的Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｖ和Ｎｉ等合金元素。（６）孪晶诱导塑性钢（ＴＷＩＰ钢）。ＴｗＩＰ（ＴｗｉｎｎｉｎｇＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｉｔｙ，简称ＴＷｌＰ）钢是指孪晶诱导塑性钢，该钢在室温下其组织为奥氏体，在变形过程中将发生机械孪晶并诱导塑性（即ＴｗＩＰ效应），从而保证了其优良的塑性。ＴＷＩＰ钢的锰含量极高，其基本成分的质量分数为Ｍｎ２５％、Ａ１３％、Ｓｉ３％。据报道，该钢在室温下具有９２％的总变形率和６５０ＭＰａ的抗拉强度，吸收能高于传统高强度深冲钢的２倍［１０１。采用Ｆｅ—Ｍｎ—Ｃ合金系统，通过调整成分和工艺参数，可获得抗拉强度为６００～１４００ＭＰａ、高延性ＴＷＩＰ钢‘１２Ｊ。２汽车车身用高强度钢板的发展方向汽车用先进高强度钢在减重、节能、提高安全性、降低排放等方面展现了广阔前景，与铝合金及镁合金相比亦具有很强的竞争能力。国外钢铁企业十分注重先进高强度汽车钢板的开发研究。近年来，ＤＰ钢、ＴＲＩＰ钢和ＭＡＲＴ钢等在汽车部件上的用量明显增加。国内钢铁企业应及时掌握国内外先进高强度汽车钢板的发展动向，适时进行产品开发及应用技术的研究工作，使我国汽车用钢达到世界先进水平。目前国内外在汽车用高强度钢板的研究方向主要有：进一步研究ＴＲＩＰ钢的微观机理，增加其延展性；积极探索冷轧与热轧ＴＷＩＰ钢的商业化生产；结合高强度钢在成形工艺中出现的问题，开发液压成形和特制件成型等新加工技术，使成形技术能够更好的促进高强度钢的应用与开发；加强ＤＰ和ＴＲＩＰ钢板烘烤硬化特性及微观机理研究。此外，还要加强成形过程的数值模拟技术开发等。参考文献：［１］ＹＡＳＵＨＡＲＡＥ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＢｏｒｏｎＲｏｌｌｅｄＳｔｅｅｌｏｎｔｈｅＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｔＯＳｅｃｏｎｄａｒｙＷｏｒｋｉｎｇＥｍｂｉｔｔｅｒｍｅｎｔｉｎＥｘｔｒａ—Ｌｏｗ—ＣＣｏｌｄＳｈｅｅｔ［Ｊ１．ＩＳＵＮＴ，１９８７，３４（２）：９９－１０３．［２］张译中．ＮＫＫ公司产品的技术创新动向［Ｊ］．冶金信息导刊，２００２，（６）：５－８．［３］ＫＬＡＵＳＨ．现代多相钢在汽车行业的应用［Ｊ］．鞍钢技术，２００５，（５）：５８．６２．［４］景财年，王作成，韩福涛．相变诱发塑性的影响因素研究进展［Ｊ］．金属热处理，２００５，３０（２）：２６－３０．［５］ＬＩｚ，ＷＵＵｎｄｅｒＤ，ＬＩＵＪ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＡｎｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇｏｆｏｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅＨｏｔＲｏｌｌｅｄＳｉ－ＭｎＴＲＩＰＳｔｅｅｌｓＳｔｒｅｓｓ口］．ＪｏｕｒｎａｌＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２１（３）：２１—２５．ａ１．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＣ－Ｍｎ—Ｓｉ—Ａ１—ＣｒＴＲＩＰ［６］ＷＡＮＧ［７］ＺＨＡＮＧ［８］ＸＤ，ＨＵＡＮＧＢＸ，ＲＯＮＧＹＨ，ｅｔＳｔｅｅｌｕｎｄｅｒＹＳｔｒｅｓｓＥＪ］．ＪｏｕｒｎａｌＤ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２００６，２２（５）：６２５—６２８．Ｈ，ＭＡＹＬ，ＫＡＮＧＹＬ，ｅｔａｉ．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｅｒｏｆＴＲＩＰＳｔｅｅｌｓＰｒｏｄｕｃｅｄｕｓｉｎｇｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＴＳＣＲＰｒｏｃｅｓｓＢｅｉｊｉｎｇ，２００６，１３（５）：４１６－４１９．ＣＲＩＺＡＮＤ，ＡＮＴＯＮＮＩＳＥＮＴ，ＤＥＣＯＯＭＡＮＢＣ．ＲｅｔａｉｎｅｄＡｎｓｔｅｎｉｔｅＳｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅＣｏｌｄＲｏｌｌｅｄＣＭｎＡＩＳｉＰｏｎＭｉｃｒｏ－ＡｌｌｏｙｅｄＴＲＩＰＳｔｅｅｌｓ［Ｃ］／／ＢａｋｅｒＭＡｅｄｓ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｔｒｅｎｇｔｈＳｔｅｅｌｓｆｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＡＩＳＴＧｏｌｄｅｎＣＯ，ＣＳＡ：２００４：２０５—２１６．ＡｄｖａｎｃｅｄＨｉｇｈ［９］张志勤，何立波，高真凤．国外先进钢铁公司汽车板品种综述［Ｊ］．武钢技术，２００５，４３（６）：４１—４６．［１０］江海涛，唐荻，米振莉．汽车用先进高强度钢的开发及应用进展［Ｊ］．钢铁研究学报，２００７，１９（８）：１—６．［１１］陆匠心，王利．高强度汽车钢板的生产与使用［Ｊ］．汽车工艺与材料，２００４，（２）：１－６．Ｌ１２］ＣＲＡＳＳＥＬＯ，ＫＲＵＧＥＲＬ，ＦＲＯＭＭＥＹＥＲＧ，ｅｔａ１．ＨｉｇｈＳｔｒｅｎｇｔｈＦｅＭｎ一（Ａ１．Ｓｉ）ＴＲＩＰ／ＴＷＩＰＳｔｅｅｌｓＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ－Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ—Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ口］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｓｔｉｃｉｔｙ，２０００，（１６）：１３９１－１４０９．（责任编辑梁碧芬）万方数据
