汽車上都有些什么高強度鋼，分別用在汽車哪些部位？一文全面了解汽車用鋼材的前世今生！
先進高強鋼及其控制技術(shù)一文全面了解汽車用鋼材的前世今生！
鋼造汽車對于現(xiàn)代人來說是最基本的常識，但是很多人對車用鋼的理解還停留在低碳鋼的階段。其實雖然同為鋼材，如今的車用已經(jīng)不能和幾十年前的車用鋼同日而語。現(xiàn)代汽車制造業(yè)的核心是安全和環(huán)保，對車身要求“提高強度、減輕重量”。汽車上都有些什么高強度鋼？一文全面了解汽車用鋼材的前世今生！先進高強度鋼在這種背景下蓬勃發(fā)展，大量應(yīng)用于汽車車身的結(jié)構(gòu)件、安全件上。近幾十年對車用鋼的研究一直大步向前，車用鋼板越來越薄，鋼材強度和耐腐蝕性能大幅提高。許多鋼鐵企業(yè)為了應(yīng)對新材料的沖擊正積極和汽車企業(yè)合作開發(fā)能夠與鋁合金、塑料、碳纖維復(fù)合材料抗衡的輕量化高強度鋼。
但是在混雜的汽車市場，現(xiàn)在很多企業(yè)都說自己用了“高強度鋼”，其實什么級別的鋼算“高強度鋼”沒有一個準(zhǔn)確定義，它的指標(biāo)是隨鋼材強度提升過程增長的。其實就類似于如今車型名稱里的“新”，什么“新XX車型”、“全新XX車型”、“新一代XX車型”都是相對于上一代說的。于是企業(yè)市場部繼續(xù)發(fā)揮混淆視聽大放煙幕彈，只要是300Mp級別以上的都叫“高強度鋼”。都叫“高強度鋼”的鋼材可能強度差出一倍。
常用汽車高強鋼有哪些，分別用在汽車哪些部位？汽車鋼通常指：汽車大梁、汽車滾型車輪用鋼、沖壓薄鋼板，汽車用鋼品種主要包括鋼板、優(yōu)質(zhì)鋼、型鋼、帶鋼、鋼管、金屬制品等。
汽車用鋼中的板材是生產(chǎn)汽車的最主要的原材料，汽車外殼、車門、頂蓋、地板、等覆蓋件用薄鋼板均是冷軋板，大梁、橫梁、保險杠等均是熱軋鋼板。隨著對汽車性能的要求越來越高，也對其生產(chǎn)所需原材料要求也越來越高，主要表現(xiàn)在對鋼板強度、韌性等方便，高強板的應(yīng)用越來越廣泛！
汽車用高強鋼類型
1、雙相鋼 (DP鋼，Dual Phase Steels)2、復(fù)相鋼 (CP鋼，Complex Phase Steels)3、相變誘導(dǎo)塑性鋼 (TRIP鋼，Transformation Induced Plasticity Steels)4、馬氏體鋼 (MS鋼，Martensitic Steels)
5、淬火延性鋼 (QP鋼，Quenching and Partitioning Steels)
6、孿晶誘發(fā)塑性鋼 (TWIP鋼，Twinning Induced Plasticity Steels)
7、硼鋼 (PH鋼或B鋼，Press Hardening/Boron Steels)
▇ 雙相鋼（DP鋼）
性能特點： 無屈服延伸、無室溫時效、低屈強比、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、加強件和防撞件。如，車底十字構(gòu)件、軌、防撞桿、防撞桿加強結(jié)構(gòu)件等。
▇ 復(fù)相鋼（CP鋼）
性能特點： 晶粒細小，抗拉強度較高。與同級別抗拉強度的雙相鋼相比，其屈服強度明顯要高很多。具有良好的彎曲性能、高擴孔性能、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，保險杠，座椅滑軌等。
▇ 相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP鋼）
性能特點： 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?yōu)橛驳鸟R氏體，有利于均勻變形。TRIP鋼還具有高碰撞吸收能、高強度塑性積和高n值的特點。
典型應(yīng)用 ：結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的零件，如B柱加強板、前縱梁等。
▇ 馬氏體鋼（MS鋼）
性能特點： 屈強比高，抗拉強度高，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、高強度塑性積和高n值的特點。
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，如保險杠、門檻加強板和側(cè)門內(nèi)的防撞桿等。
▇ 淬火延性鋼（QP鋼）
性能特點： 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)，能實現(xiàn)較高的加工硬化能力，因此比同級別超高強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柱加強件等。
▇ 孿晶誘發(fā)塑性鋼（TWIP鋼）
性能特點 ：TWIP鋼為高C、高Mn、高Al成分的全奧氏體鋼。通過孿晶誘發(fā)的動態(tài)細化作用，能實現(xiàn)極高的加工硬化能力。TWIP鋼具有超高強度和超高塑性，強塑積可達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。
▇ 硼鋼（PH鋼或B鋼）
性能特點： 超高強度(抗拉強度達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、后保險杠、A柱、B柱、中通道等。
汽車用鋼的演化歷程
人類對于鋼鐵需求量的第一次飛躍是第一次工業(yè)革命時期。蒸汽機的發(fā)明使得人類第一次擺脫了繁重的體力勞動和依賴畜力進行的生產(chǎn)，燃料驅(qū)動的機器將人類的生產(chǎn)效率提高了幾個等級。
從這時起，人類已經(jīng)無法離開鋼鐵，并且對鋼鐵的需求與日俱增。
到了第二次工業(yè)革命，汽車誕生了，與此同時鋼鐵行業(yè)也跨上了一個新臺階，汽車與鋼鐵真正聯(lián)系到了一起。時至今日，現(xiàn)代的汽車上雖然已經(jīng)看不到“奔馳一號”的影子，但是它們?nèi)匀辉谑褂娩撹F制造，甚至是一些超級跑車。
自19世紀末期，即1885年德國工程師Karl Benz設(shè)計出第一臺由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車以來，鋼開始在汽車制造過程中得到應(yīng)用。在20世紀初，隨著鋼板/鋼帶生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)及其復(fù)雜成型加工技術(shù)的突破，汽車結(jié)構(gòu)中的木質(zhì)部件逐漸被鋼板/鋼帶所取代。隨后的百年歷史中，鋼板/鋼帶成為汽車制造過程中的主導(dǎo)材料。隨歷史時期的不同，結(jié)合相應(yīng)的國家戰(zhàn)略、消費需求及技術(shù)能力，演化出一系列的汽車用鋼材料，具體如圖1所示。首先在汽車中得到應(yīng)用的是低碳鋼(Low Carbon，LC)和無間隙原子鋼(Interstitial Free，IF)，在當(dāng)時這兩類低強鋼能滿足強度、成型性、成本和設(shè)計的需求。直到1970年左右北美石油危機事件，汽車工業(yè)為應(yīng)對能源問題，開始開發(fā)高強度鋼來實現(xiàn)減重節(jié)能。自此之后，便進入到汽車鋼板強度級別不斷提高的良性循環(huán)時段。特別是在目前全球汽車輕量化的大趨勢下，鋼鐵業(yè)內(nèi)工作者也在為之不斷的努力。
汽車用鋼板的分類
▇ 傳統(tǒng)高強鋼
傳統(tǒng)高強鋼以烘烤硬化鋼(Bake Hardenable，BH)為主，其力學(xué)性能如圖2所示。在沖壓成型后的烤漆過程中實現(xiàn)強度的提高。沖壓過程中的應(yīng)變硬化程度，對后續(xù)烘烤過程中強度的提高有明顯的影響。成型過程中的應(yīng)變硬化，主要是基于形變引起的位錯密度的提高。烘烤過程中強度的提高，是基于該過程中原子的擴散導(dǎo)致的對后續(xù)位錯運動的阻礙。成型方式和成型過程引起的應(yīng)變量的不同，均會對烘烤硬化效果產(chǎn)生一定的影響。
▇ 典型第一代先進高強鋼及其控制技術(shù)
第一代先進高強鋼以雙相鋼(Dual Phase，DP)和相變誘導(dǎo)塑性鋼(Transformation Induced Plasticity，TRIP)為主。
DP鋼，故名思議是由兩種相組成，可為鐵素體+貝氏體或鐵素體+馬氏體，其組織示意圖如圖3所示。鐵素體作為軟相，保證其具有一定的塑性，易成型;貝氏體/馬氏體作為硬相，使其具有合理的強度。
▇ 典型第二代先進高強鋼及其控制技術(shù)
第二代先進高強鋼以攣晶誘導(dǎo)塑性鋼(Twinning Induced Plasticity，TWIP)為主。TWIP鋼，是基于形變過程中由于奧氏體相的變化，形成的機械攣晶，如圖5所示。由于攣晶的形成，可吸收碰撞過程中的能量。其基本成分為18%Mn-3%Si-3%Al，當(dāng)然隨不同部件對各相性能的關(guān)注點不同和生產(chǎn)過程中的瓶頸問題，該成分可做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
▇ 第三代先進高強鋼的發(fā)展
第三代先進高強鋼，是基于第一代與第二代高強鋼區(qū)域之間的空白，開發(fā)具有高強高塑性的綜合性能優(yōu)良的品種，如目前國內(nèi)外的研究熱點Q&P(Quenching and Partition)鋼。Q&P鋼的室溫組織為鐵素體、馬氏體和奧氏體，其設(shè)計原理是在淬火到一定溫度形成相當(dāng)數(shù)量的馬氏體后，存在一個二次加熱過程，如圖6所示，在該過程實現(xiàn)馬氏體內(nèi)碳原子向殘留奧氏體內(nèi)的擴散，從而提高其穩(wěn)定性。由此工藝生產(chǎn)的高強鋼，其強塑積可遠超第一代和第二代先進高強鋼。
汽車用鋼的發(fā)展趨勢及研究熱點
通過高強鋼的應(yīng)用，車身各部件可以實現(xiàn)減薄的同時不損失強度。在歐美已達成一致，車身結(jié)構(gòu)通過600MPa/40%到1600MPa/20%高強鋼的應(yīng)用，車身重量可以至少減少5-8%，這給此性能范圍內(nèi)各系列高強鋼的發(fā)展帶來了機遇。
對于下一步汽車用鋼的發(fā)展方向和研究議題，國際NSF組織(National Steel Fabrication)、美國DOE(Department of Energy)能源部、美國AISI鋼鐵協(xié)會(American Iron and Steel Institute)和A/SP(Auto/Steel Partnership)，在大學(xué)和科研院所等機構(gòu)提出如下研究領(lǐng)域：
先進高強鋼的微觀組織和機械性能;先進高強鋼的碳擴散過程;先進高強鋼的粒子尺寸及界面效應(yīng);先進高強鋼中的納米針狀鐵素體型雙相鋼;高強高塑貝氏體鋼;先進高強鋼的成型性及回彈行為;先進高強鋼的相應(yīng)模型。
需求會促進相關(guān)技術(shù)的進步，技術(shù)的進步同樣會刺激需求的提高。輕量化的大趨勢，會促進鋼鐵界技術(shù)的不斷進步，從而為更先進鋼板的應(yīng)用創(chuàng)造條件。下一步汽車用鋼的發(fā)展方向，或者說在當(dāng)今時期更為理想的汽車鋼板材料，應(yīng)具備如下條件：低碳(高的焊接性)、低成本(低合金量的添加)、高成型性、易于裝配和維修。現(xiàn)如今各系列的車用高強鋼，都普遍存在一定的局限性，成分差異大、表面質(zhì)量不統(tǒng)一，都為最終的涂裝等帶來一定的難度。今后對各類材料的評價，應(yīng)從全流程的角度來考慮，這樣才能設(shè)計生產(chǎn)出既好又實用的產(chǎn)品。
附：常用汽車鋼牌號：
1、熱軋及熱軋酸洗鋼
Q235B、Q355B、
S315MC、 S355MC、 S4205MC、 S500MC、 S550MC、 S600MC、 S650MC、 S700MC、
QSTE340TM、QSTE380TM、QSTE420TM、QSTE460TM、QSTE500TM、QSTE550TM、QSTE600TM、
B330CL、B380CL、B420CL、DP600、
SAPH310、SAPH370、SAPH400、SAPH440、SAPH41、SAPH45、SPFH490、SPFH540、SPFH590、S20C、S35C、S45C、S55C、
510L、610L、700L、
600XT、700XL、
Q550D、Q550CFD、Q690D、HG785D、HG785XYD、HG70D、HG785XYD、NM360、NM400、NM500
2、常用冷軋類:
DC01、DC03、DC04、DC05、DC06、DC07
ZSTE340、ZSTE380、ZSTE420、ZSTE460、
SPFC390、SPFC440、SPFC540、SPFC590、
B340LA、B410LA、B500LA、B550LA、
HC340LA、HC380LA、HC420LA、HC460LA、HC500LA、
H250/450DP、HC300/500DP、HC450/780DP
3、熱鍍鋅、電鍍鋅
HC220PD+Z、HC260PD+Z、HC220YD+Z、HC260YD+Z
S220GD+Z、S250GD+Z、S280GD+Z、S320GD+Z、S350GD+Z、S550GD+Z、
4、低合金高強鋼
HC260LAD+Z、HC300LAD+Z、HC340LAD+Z、HC380LAD+Z、HC400LAD+Z、
5、雙相鋼
HC250/450DP+Z、HC300/500DP+Z、HC340/590DP+Z、HC420/780DP+Z、HC550/980DP+Z、
SECC、SECD、SECE、SECCN5、
DX53D+Z、DX54D+Z、DX56D+Z、
DC51D+Z、DC52D+Z、DC53D+Z、DC54D+Z、DC55D+Z、DC56D+Z、
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