第三代高強度汽車鋼的性能分析與運用

胡新平，羅琴琴

（瑞金中等專業(yè)學校，江西 瑞金 342515）

1 第三代高強度鋼概述及分類

在汽車的用鋼領域內(nèi)，鋼產(chǎn)品最重要的指標是強度，一般情況下，對于鋼抗拉強度大于340Mpa級別的鋼，我們稱之為高強鋼。對于鋼抗拉強度大于780Mpa級別的鋼，我們稱之為超高強鋼。對于鋼板來說，材料強度與鋼板的成形性能呈反比關系，即鋼板材料強度越高，而相應鋼板成形性能就會下降，造成很大的沖壓困難，因此對于汽車廠對材料提出的高要求也無法得到相應滿足。基于此，相關鋼鐵研發(fā)人員在材料中引入FCC（奧氏體）相，由于奧氏體本身具有很強的相變強化作用，因此在已有先進鋼基礎之上得以進一步實現(xiàn)先進高強鋼性能提升，當前已研制出了全奧氏體組織第二代先進汽車用鋼與部分奧氏體組織第三代先進高強汽車用鋼。其中第三代汽車用鋼是以貝氏體或馬氏體為基本，然后配合適當?shù)臍堄鄪W氏體，從而其延伸率與抗拉強度的乘積達到了20至40GPa%，處于第一代與第三代鋼的藍海區(qū)域，已是當下研發(fā)汽車用鋼的熱點。

當前第三代高強鋼主要分為三種，一種是Q&P淬火與碳分配分退火工藝低合金鋼，最早由美國科羅拉礦業(yè)學院J G Speer教授提出，該類型鋼已能達到量產(chǎn)水平。一種是粉末冶金工藝生產(chǎn)的第三代汽車鋼，由美國納米鋼公司提出，但由于該類型剛制作成本太高，因此不利于全面推廣。最后一種是由TRIP鋼工藝結合奧氏體逆轉變ART工藝研發(fā)出的0.1%C-5%Mn的中錳高強鋼，生產(chǎn)成本低且易于生產(chǎn)，當前已完成實驗室研究與相關應用驗證。這三種類型鋼均滿足汽車用鋼高強度、高可塑性要求，雖然運用理論不同，但都是利用一定比例殘留奧氏體并通過相應的變形誘導TRIP效應使得鋼材實現(xiàn)了高成形性與高韌性。能夠滿足汽車對鋼材各種性能的應用要求。

2 第三代汽車用鋼性能及運用評價

文章主要對第三代汽車用鋼兩類型鋼進行在車身運用及性能做了大量分析，其鋼板性能包括焊接性、成形性、碰撞吸能性、疲勞性能等多種鋼材性能。并對某一車型相應B柱數(shù)模進行了相應成型模擬仿真。如對于780DP鋼與980QP鋼來說其冷成形能力都較強。一般情況下，第三代汽車用鋼主要應用于汽車的安全碰撞，其鋼件作為汽車碰撞主要安全件，因此為了對鋼材在高速碰撞時其變形能力進行相應驗證，可以通過進行高速拉伸性能測試實驗來對其力學性能進行相應分析。實驗結果表明，Q&P鋼抗拉強度與屈服強度與應變速率呈正比，而縮頸前的能量吸收性也與應變速率呈正比，即隨著應變率的提升，Q&P鋼抗拉強度、屈服強度、縮頸前的能量吸收性都隨之增強。通過對980QP鋼的疲勞實驗可得出如下結論，鋼板的擴孔率可以直接反映出鋼板的翻邊拉延性能，鋼板的微觀組織、晶粒度與影響鋼板擴孔率因素息息相關。980QP鋼基體組織較脆弱，為馬氏體組織。因此具有很差的延展性能，側量的擴孔率結果較低，只達到了30%。

通過對某車B柱采用980QP鋼與590DP鋼利用AUTOFORM軟件進行成形性仿真模擬分析，從結果可知，上述兩種鋼板材料的成形性能均能滿足汽車應用要求，其中從回彈性能來看，Q&P鋼比590DP鋼具有更好的回彈性能，因此對結構相同情況下材料屈服強度與鋼板成形回彈成正比這一結論進行了再次的驗證。如某一車型制造前防撞梁采用780MS鋼鋼材，該鋼材的伸長率A80只有3%，因此具有廢品率高、成形性差等特點。而換用980QP鋼進行相應制造，鋼材的伸長率A80達到了21%，從而使得產(chǎn)品結果合格率呈大幅度上升趨勢。再如汽車的后轎殼制造時采用的鋼材是SAPH440材料，該汽車構件由7個沖壓焊接組成，因此具有加工時間工序較長，制造成本較高。成品質(zhì)量較重等特點，而采用第三代汽車用鋼型號為0.1CMn5中錳高強鋼材料進行同樣汽車構件制造，由于該類型鋼材具有較高的屈服強度與伸長率，因此在冷成形時具有很高的延伸度，以此即可成形，從而有效實現(xiàn)了加工工藝簡化，降低了加工的成本，有效提升了汽車制造的整體效益。

3 結語

當前市場之上，Q&P類型剛與中錳ART第三代高強度鋼已經(jīng)實現(xiàn)了高強度、高韌性的特點，因此能夠滿足未來汽車發(fā)展對安全性與輕量化的需要。上述第三代汽車用鋼同時還具有良好的可塑性，因此不用特意升級與之匹配的冷成形工藝也能滿足汽車零部件制造要求，因此具有廣闊的市場前景與發(fā)展空間。

［1］李雙一，趙磊，王光，等.第三代高強鋼在汽車應用中沖壓特性及回彈研究［J］.汽車零部件，2016，（11）：21-25.

［2］魏元生.第三代高強度汽車鋼的性能與應用［J］.金屬熱處理，2015，40（12）：34-39.