高強度高延性鋼

高強度及高延性鋼的微觀組織是在鐵素體基體中還保留著殘餘奧氏體組織。除了體積分數最少為5%的殘餘奧氏體外，還存在著不同數額的馬氏體和貝氏體等堅硬組織。

基本介紹

• 中文名：高強度高延性鋼
• 鋼材對比：硬化速率比傳統高強鋼高很多。
• 微觀組織：鐵素體基體保留著殘餘奧氏體組織

基本概念

簡介

高強度及高延性鋼的微觀組織是在鐵素體基體中還保留著殘餘奧氏體組織。除了體積分數最少為5%的殘餘奧氏體外，還存在著不同數額的馬氏體和貝氏體等堅硬組織。

加工

在變形過程中，較軟的鐵素體基體中分散的第二相會產生很高的加工硬化速率，這一點和在雙相鋼中觀察到的一樣。但是，在高強度、高延性鋼中，殘餘奧氏體會隨著應變的增加逐漸的轉變成馬氏體，因此在更高的應變水平中，加工硬化速率會隨著增加。

與其他鋼材對比

高強度高延性鋼的加工硬化速率比傳統高強鋼高很多，有著卓越的拉伸成形和杯形成形優勢。當設計者利用它很高的並且不斷增加的加工硬化速率和優越的機械性能設計部件時，優勢尤為突出。高強度高延性鋼的能夠在很高的應變中持續的高的加工硬化速率的性質，在劇烈的拉深成形中比雙相鋼有輕微的優勢。

高強度、高延性鋼用比雙相鋼中更多的碳來降低馬氏體的轉變溫度，使其在較低的環境溫度下形成殘餘奧氏體。在貝氏體轉變時禁止碳化物沉澱對高強度、高延性鋼是非常重要的。矽和鋁用來防止在貝氏體區域中的碳化物沉澱。

碳含量的影響

通過調節碳含量可以控制殘餘奧氏體向馬氏體轉變的應變值。碳含量較低時，殘餘奧氏體在變形開始時立即轉變，在衝壓過程中增加了加工硬化速率和成形性。在碳含量較高時，殘餘奧氏體很穩定，直到在成形過程中應變值超過零件變形時才開始轉變成馬氏體，這樣殘餘奧氏體便保留在了最後成形的零件中，它是在以後的事件中轉變成奧氏體的，如撞車事故。

分類

雙相鋼

DP鋼板的主要組織是鐵素體和馬氏體，其中馬氏體的含量在5%～20%，強度為500～1200MPa。雙相鋼具有低屈強比、高的加工硬化指數、高烘烤硬化性能、沒有屈服延伸和室溫時效等特點。DP鋼一般用於需高強度、高的抗碰撞吸收能且也有一定成形要求的汽車零件， 如車輪、 保險槓、 懸掛系統及其加強件等。雙相鋼的基本成分為C和Mn，有時為了提高淬透性還添加一定量的Cr和Mo。

高強度及高延性鋼

TRIP鋼包括熱軋、冷軋、電鍍和熱鍍鋅產品，主要組織是鐵素體、貝氏體和殘餘奧氏體， 其中殘餘奧氏體的含量在5%～15%， 強度為600～800MPa。

TRIP鋼具有高延伸率，同DP鋼相比，TRIP鋼的起始加工硬化指數小於DP鋼，但是TRIP鋼的加工硬化指數在很長的應變範圍內仍保持較高，特別適合脹形成形。TRIP鋼的主要成分是C、Si和Mn，其中Si的主要作用是抑制貝氏體轉變時滲碳體的析出，但對於鋼板表面質量不利。

多相鋼

具有代表性的多相鋼需要很高的抗拉強度極限才能轉變成鋼。多相鋼的組成是有細小的鐵素體組織和體積分數較高的堅硬的相，並且細小的沉澱使其強度進一步加強。和雙相鋼和高強度、高延性鋼一樣，多相鋼也包含了很多和它們相同的合金元素，但也經常有少量的鈮、鈦、和釩形成細小的、高強度的沉澱物。在抗拉強度值在800MPa或更高時，多相鋼表現出了更高的屈服強度。多相鋼的典型特徵是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的殘餘變形能力。

CP鋼同TRIP鋼的組織類似，只是CP鋼中含有馬氏體而非殘餘奧氏體。通過馬氏體和貝氏體以及析出強化的複合作用，CP鋼的強度可達800～1000MPa，特別適合於車門防撞桿、保險槓和B立柱等安全零件。

馬氏體鋼

為了生成馬氏體鋼，在熱軋或退火中存在的奧氏體在淬火和連續退火曲線中的冷卻階段全部轉變成馬氏體。該結構也會在成形後的熱處理過程中形成。馬氏體鋼具有非常高的強度，抗拉強度極限達到了1700MPa。馬氏體鋼經常需要用等溫回火來提高其韌性，這樣便能在具有極高的強度的同時具有很好的成形性，是目前商業化高強度鋼板中強度級別最高的鋼種。主要用於成型要求不高的車門防撞桿等零件代替管狀零件，減少製造成本。

MnB鋼

MnB鋼或熱成形鋼主要含有Mn和B等元素，具有非常好的淬透性。熱成形過程包括將毛坯件加熱奧氏體化，然後在紅熱狀態將鋼板衝壓成形，然後利用模具的冷卻能力將零件淬硬成馬氏體。整個成形過程約需要15～25s。

高強度高延性鋼生產與發展套用

生產

所有的現金高速鋼的生產都要控制奧氏體相或奧氏體加鐵素體相的冷卻速度，可以在外圍表面進行熱磨削加工（如熱軋產品），也可以在連續退火爐中局部冷卻（連續退火或熱浸塗產品）。馬氏體鋼是通過快速淬火致使大部分奧氏體轉變成馬氏體相而產生的。鐵素體加馬氏體雙相鋼的生產，是通過控制其冷卻速度，使奧氏體相（見於熱軋鋼中）或鐵素體+馬氏體雙相（見於連續退火和熱浸塗鋼中）在殘餘奧氏體快速冷卻轉變成馬氏體之前，將其中一些奧氏體轉變成鐵素體。TRIP鋼通常需要保持在中溫等溫的條件以產生貝氏體。較高的矽碳含量使TRIP鋼在最後的微觀結構含過多的殘餘奧氏體。多相鋼還遵循一個類似的冷卻方式，但這種情況之下，化學元素的調整會產生極少的殘餘奧氏體並形成細小的析出以加強馬氏體和貝氏體相。

研究發展

20世紀90年代初，歐洲試生產了全鋁汽車。由於可以減輕車重，降低油耗，鋁材有躋身汽車行業取代鋼材的可能。1994年，國際鋼鐵學會(簡稱“IISI”，International Iron&steel Institute)組織主要由北美和西歐35家鋼廠和汽車廠組成的聯合攻關課題，開展了超輕鋼車身項目ULSAB(ultra Light Steel Auto Body)的研究。其主要成果如下：車身結構的抗扭和抗彎強度分別提高80%和52%，車重減少25%，車身結構造價降低15%。1998年，在完成ULSAB項目後，又實施一項被稱為先進概念車超輕鋼車身計畫ULSAB—AVC(Advance Vehicle Concept)。

汽車輕量化項目是世界主要鋼鐵企業針對鋁或塑膠等非鋼鐵材料的在未來的可能挑戰而採取的應對措施，旨在維持鋼鐵材料在汽車業現有的市場地位。汽車輕量化項目主要包括超輕車身、超輕覆蓋件 、超輕懸掛件和在此基礎上的超輕概念車項目（ULSAB－AVC）。中國汽車工業正處於高速發展時期，還有較大的發展空間。高強鋼汽車板將是今後汽車板發展的主流，大量使用高強鋼是解決汽車減重、節能、安全、環保的重要途徑。鋼廠在研究開發及推廣套用高強鋼汽車板方面還有很多問題要解決，而自主創新、產銷研一體化、與用戶互動研發是解決這些問題的根本出路。