為了順應(yīng)國家環(huán)保、節(jié)能、低碳、安全的時代發(fā)展潮流 , 我國的汽車行業(yè)不斷地引入先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)并著重研發(fā)輕量化高強(qiáng)度鋼,打造擁有自主品牌和自主知識產(chǎn)權(quán)來提高國際競爭力和出口能力。
接下來將對現(xiàn)有的高強(qiáng)度鋼種進(jìn)行簡單闡述與簡要分析高強(qiáng)度汽車鋼的分類
高強(qiáng)度汽車用鋼目前可分為三代,第一代先進(jìn)高誘導(dǎo)塑性鋼等;第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼分為TWIP孿晶誘導(dǎo)塑強(qiáng)鋼分為FB鋼、IF鋼、馬氏體鋼、TRIP相變性鋼、L-IP誘導(dǎo)塑性輕鋼、SIP剪切帶強(qiáng)化鋼;第三代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼分為TBF貝氏體基相變誘導(dǎo)塑性鋼、δ-TRIP鋼 、納米貝氏體鋼、中錳TRIP鋼、Q&P鋼等。先進(jìn)鋼材不斷地在現(xiàn)代汽車制造行業(yè)更新?lián)Q代 ,
同時先進(jìn)超高強(qiáng)度鋼的引進(jìn)不僅會盡可能地減少汽車零件用材 , 達(dá)到汽車輕量化的要求 ,還可對國民經(jīng)濟(jì) 、
科研領(lǐng)域等發(fā)展等產(chǎn)生巨大影響 。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) ,首選方案是選用乃至研發(fā)比強(qiáng)度高的材料 , 由此可見 , 我國材料發(fā)展面臨著諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 。
普通鋼及先進(jìn)高強(qiáng)鋼分類
按照國際鋼鐵協(xié)會USL-AB項(xiàng)目 ,可將鋼種按其力學(xué)性能進(jìn)行分類,分為低強(qiáng)鋼 、 高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼 。超高強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度Rm(σb)>700MPa,屈服強(qiáng)度Re(σs)>550MPa ;低強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度Rm(σb)<270MPa , 屈服強(qiáng)度Re(σs)<210MPa ;高強(qiáng)鋼的力學(xué)指標(biāo)介于這兩者之間。其中,低強(qiáng)度鋼分為IF鋼和軟鋼;普通高強(qiáng)度鋼分為碳錳鋼 、BH鋼、高強(qiáng)度IF鋼和HSLA鋼等;先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS )包括雙相鋼 、TRIP相變誘發(fā)塑性鋼 、
CP鋼和馬氏體鋼(M鋼)等。
先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的性能分析
應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析
第一代汽車高強(qiáng)度鋼IF鋼 , 即無間隙原子鋼(超低碳鋼) ,C、N含量較低 , 曲線變化很平穩(wěn) , 其抗拉強(qiáng)度為280MPa左右 , 具有較好的塑性 ;馬氏體鋼 ,其顯微組織為馬氏體組織 , 經(jīng)過相應(yīng)的熱處理工藝 , 其抗拉強(qiáng)度可達(dá)2100MPa 。但是第一代高強(qiáng)度鋼存在明顯問題:抗拉強(qiáng)度大的材料,塑性性能差 , 伸長率差值達(dá)到37%左右 。第一代汽車鋼并不適用于現(xiàn)代汽車制造行業(yè) , 由于其強(qiáng)塑積比較低因而又研發(fā)了第二代鋼鐵材料。第二代先進(jìn)汽車高強(qiáng)度鋼(TWIP鋼), 當(dāng)抗拉強(qiáng)度為800MPa時, 其塑性變形僅為20% ,而隨著應(yīng)力的逐漸提升,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到1200MPa時,其應(yīng)變達(dá)到了58%以上 ,具有較好的塑性性能,其強(qiáng)塑積遠(yuǎn)高于第一代汽車用鋼。由此可見,經(jīng)過改進(jìn)的第二代汽車用鋼,碰撞吸能能力更強(qiáng),且性能相比于第一代要更好,但成本相對較高 。
三代先進(jìn)汽車高強(qiáng)度鋼Q&P鋼, 處于馬氏體狀態(tài)中的碳 , 在淬火過程中被分配至殘余奧氏體,殘余奧氏體因碳更加穩(wěn)定,進(jìn)而提高了鋼的強(qiáng)韌化性能。當(dāng)應(yīng)變?yōu)?5%左右時 ,Q&P鋼應(yīng)力達(dá)到最高值 , 約為1500MPa, 換言之, 它具有強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是將高強(qiáng)度與良好韌塑性完美結(jié)合的新一代高強(qiáng)度鋼 。第一代汽車用鋼中的IF鋼為低強(qiáng)度鋼,伸長率可達(dá)50%,具有極其優(yōu)異的深沖性能 , 且鋼板的屈服和抗拉強(qiáng)度不會隨時間變化而出現(xiàn)明顯上升的現(xiàn)象 ,或在沖壓時出現(xiàn)拉伸應(yīng)變痕(滑移線),常用于發(fā)動機(jī)機(jī)油底殼。第二代先進(jìn)超高強(qiáng)度鋼TWIP鋼 ,在室溫下的組織為單一的奧氏體組織和少量退火孿晶組織奧氏體鋼,強(qiáng)度可達(dá)1600MPa , 斷后伸長率達(dá)到65%以上 , 具有優(yōu)異的強(qiáng)度和延展性,良好的耐磨性和耐蝕性。因其具有較高的Mn含量(12%-30%) ,強(qiáng)度是傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼的2倍,故此鋼種可用于改善汽車的碰撞安全性能, 在汽車制造行業(yè)被廣泛關(guān)注 。
相比于前兩代鋼種 , IF鋼雖具有極其優(yōu)異的深沖性能 , 但表面易出現(xiàn)起泡、線紋等缺陷 。TWIP雖具有優(yōu)異的力學(xué)性能 , 但是該鋼在冶煉、鑄造工藝等方面卻存在著很大的技術(shù)難題 。2009年,具有高強(qiáng)度、高塑性的第三代汽車用鋼成功地被中國鋼研科技集團(tuán)在實(shí)驗(yàn)室里研發(fā)。第三代汽車鋼的抗拉強(qiáng)度相比于第一代增加了300% ,延伸率可達(dá)至35%, 然而所用的合金含量卻小于第二代汽車鋼的1/3,且其成本僅略高于第一代汽車鋼 。
幾種高強(qiáng)鋼類型的特點(diǎn)及對比一覽1.雙相鋼(DP鋼,DUAL PHASE STEELS) 性能特點(diǎn):無屈服延伸、無室溫時效、低屈強(qiáng)比、高加工硬化指數(shù)和高烘烤硬化值。典型應(yīng)用:DP 系列高強(qiáng)鋼是目前結(jié)構(gòu)類零件的首選鋼種,大量應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件和防撞
件。如,車底十字構(gòu)件、軌、防撞桿、防撞桿加強(qiáng)結(jié)構(gòu)件等。2.復(fù)相鋼(CP 鋼,COMPLEX PHASE STEELS) 性能特點(diǎn):晶粒細(xì)小,抗拉強(qiáng)度較高。與同級別抗拉強(qiáng)度的雙相鋼相比,其屈服強(qiáng)度明顯要高
很多。具有良好的彎曲性能、高擴(kuò)孔性能、高能量吸收能力和優(yōu)良的翻邊成形性能。典型應(yīng)用:底盤懸掛件,B 柱,保險(xiǎn)杠,座椅滑軌等。3.相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP 鋼,TRANSFORMATION INDUCED PLASTICITY STEELS)性能特點(diǎn):組織中含有殘余奧氏體,有良好的成形性能。在成形過程中殘余奧氏體會逐漸轉(zhuǎn)變
為硬的馬氏體,有利于均勻變形。TRIP 鋼還具有高碰撞吸收能、高強(qiáng)度塑性積和高 N 值的特點(diǎn)。典型應(yīng)用:結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的零件,如 B 柱加強(qiáng)板、前縱梁等。4.馬氏體鋼(MS 鋼,MARTENSITIC STEELS)性能特點(diǎn):屈強(qiáng)比高,抗拉強(qiáng)度高,延伸率相對較低,需要注意延遲開裂的傾向。具有高碰撞吸
收能、高強(qiáng)度塑性積和高 N 值的特點(diǎn)。典型應(yīng)用:簡單零件的冷沖壓和截面相對單一的輥壓成形零件,如保險(xiǎn)杠、門檻加強(qiáng)板和側(cè)門
內(nèi)的防撞桿等。 5.淬火延性鋼(QP 鋼,QUENCHING AND PARTITIONING STEELS)性能特點(diǎn):以馬氏體為基體相,利用殘余奧氏體在變形過程中的 TRIP 效應(yīng),能實(shí)現(xiàn)較高的加
工硬化能力,因此比同級別超高強(qiáng)鋼擁有更高的塑性和成形性能。典型應(yīng)用:適用于形狀較為復(fù)雜的汽車安全件和結(jié)構(gòu)件,如 A、B 柱加強(qiáng)件等。6.孿晶誘發(fā)塑性鋼(TWIP 鋼,TWINNING INDUCED PLASTICITY STEELS)性能特點(diǎn):TWIP鋼為高C、高M(jìn)N、高AL成分的全奧氏體鋼。通過孿晶誘發(fā)的動態(tài)細(xì)化作用,
能實(shí)現(xiàn)極高的加工硬化能力。TWIP鋼具有超高強(qiáng)度和超高塑性,強(qiáng)塑積可達(dá)50GPA%以上。典型應(yīng)用:TWIP鋼具有非常優(yōu)越的成形性能和超高強(qiáng)度,適用于對材料拉延和脹形性能要求
很高的零件,例如復(fù)雜形狀的汽車安全件和結(jié)構(gòu)件。7.硼鋼(PH鋼或B鋼,PRESS HARDENING/BORON STEELS)性能特點(diǎn):超高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度達(dá) 1500MPA 以上),有效提高碰撞性能,車身輕量化;零件形狀復(fù)雜,成形性好;尺寸精度高。典型應(yīng)用:安全結(jié)構(gòu)件,如:前、后保險(xiǎn)杠、A柱、B柱、中通道等。
文章來源:《科技視界》 作者:卜子華、徐淑瓊;新疆鋼鐵
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