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1、 第 1 页 共 4 页 世界金属导报/2010 年/6 月/15 日/第 020 版 质量品种 汽车制造业钢铁材料的发展方向汽车制造业钢铁材料的发展方向 先越蓉 1 概述 提高超高强度钢和高强度钢的利用是汽车制造业材料学的发展方向。只有发展超高强度钢和 高强度钢，才能满足当今汽车制造业的要求，提高汽车钢生产企业的竞争力。 任何运输工具首先要满足的四条标准是:安全性、 可接受的价格、 燃料效率、 环境友好(即 SAFE 标准，Safe、Affordable、Fuel efficient、Environmentallyfriendly)。在现代化工业发展阶段，这些 标准的水平、重要性、相互关系和
2、相互影响，取决于技术、社会、经济、政治和许多其他因素。 第一个标准(安全性)和其他 3 个标准是相互矛盾的。例如提高安全性，要求增加投资来提高现有 的和新的安全部件效率和可靠性；要求应用有效的动力消耗系统，这就增加了汽车重量，因此提 高了燃料消耗量，恶化了运输工具的环境。 满足可接受的价格、燃油效率和环境友好标准的最简单的方法是减轻汽车重量。实现这一目 标有四种方法。 首先，就是显著缩小汽车规格尺寸，但不改变主要结构部件使用材料名目。除了满足上述 3 条标准外，从提高大城市公路通行能力、增加车位数量的观点来看，这个方法是吸引人的。预计 在相当遥远的未来，生产小规格尺寸的汽车将成为主导趋势，小型
3、和微型汽车将占世界总额的决 大多数份额。然而今天的现实是这样汽车的发展受到了阻碍，除了主观因素(包括多年的习惯，尤 其在北美大陆，习惯宽敞和舒适的汽车)，还有客观因素(首先是安全性)。小规格尺寸本身就限制 了无论是固定的还是活动的安全部件的应用。任何一种方法都不能成功平衡上述因素时，这样保 证符合 SAFE 标准的方法将不可以接受。在此必须指出，在很少改变部门标准的条件下，根据用 户某种抽象概念的汽车安全，已成为评价的因素。 其次，减轻中级车的重量，在结构中采用轻质合金、复合材料和塑料。这些材料实质上具有 更低的密度、更高的耐蚀性，使他们成为钢的重要竞争者。尽管这些材料的推广应用受到限制， 如
4、轻质合金和复合材料价格高，汽车企业必须重新装备；与现代汽车钢相比，这些替代材料极大 地降低了强度，不能保证应有的安全水平。但是，采用这些材料的比例在增长。汽车的统计数据 显示，钢质部件占 50%，这些材料占 18%。这些材料绝大部分用于发动机、内部装置和管线。 第三，降低汽车钢本身的厚度。然而，如果“变薄”的部件结构强度损失，没有任何一种方 法的补偿，那么这不可避免地导致降低车身的支承能力，按安全标准是不能接受的。在一定程度 上，这种损失实际上能够通过进一步优化结构部件形状得到补偿。但“简单”降低汽车重量不能 充分保证执行安全标准。 第四，用高强度钢和特高强度钢制成的部件来降低汽车重量。它被认
5、为是今天唯一的及未来 最充分符合 SAFE 全部标准的方法。 为应对铝材等替代产品的竞争，世界主要钢铁生产企业联合起来一同进行汽车轻量化的研 发。参加的单位有:日本 JFE 钢公司、日本神户制钢公司、瑞典 SSAB 公司、韩国浦项钢铁公司、 美国钢铁公司等 30 多家钢铁生产企业， 国际钢铁协会汽车工业钢材应用委员会(AUTOCO)起着调 配员的作用。 研发的方向是制造超轻、节能、对人和环境安全的汽车。委员会协调重点钢材生产厂开发新 品种，并进行应用实践。根据汽车制造要求，制定高强度钢生产、加工及其应用新工艺过程的标 准文件。致力于汽车制造用现有和未来钢种的分类。 第 2 页 共 4 页 表
6、1 列出汽车轻量化用钢计划的主要方向。 从公布的数据看，汽车轻量化用钢的研究工作取得了效果。最近十年内，在世界汽车制造业 中名牌品种已更新了 70%。随着这类钢种数量和质量的发展，要求更准确地确定钢材品种、他们 的性能、应用范围和发展趋势。 现有的汽车钢分类，显而易见不具备充分的信息量，通常具有图表性，只拥有伸长率-强度特 性(屈服点或极限抗拉强度)等参数。推荐用表格形式的分类方案，包括每类钢种典型的化学成分、 力学性能、使用性能及在汽车制造中的应用范围。 推荐四类钢种:低碳钢(LC-Low Carbon steels)、高抗凹陷钢(DR-Dent resistant steels)、低合金
7、高强度钢(HSLA-highstrength low alloy steels)和先进高强钢(AHSS-advanced highstrength steels)。 2 低碳钢(LC) 在低碳钢中划分的类型(见表 2)，反映了直到 20 世纪 90 年代初的主导趋势。根据用户需求， 第一重要性是材料的工艺性能，首先是成形性，而使用性能处于第二位。这个级别的钢种类型按 深冲能力增强的顺序排列。这个钢级也包括日本和韩国冶金学家最新开发的 SUPER EDDS 类 IF 钢和各向异性系数不小于 2 5 和 2 7 的 Hyper EDDS:继续发展这个级别的钢种是不合理的， 因为达 到的工艺水平完全
8、符合汽车制造要求，接近工艺的极限。此外，在现阶段钢的使用特性最好(安全 性、吸收冲击能、由于减轻重量而降低油耗等)。只有通过提高钢的强度性能才可以达到高水平。 显然，由于“追求”汽车钢的强度，有时不可避免地严重恶化了其工艺性。然而，只有奠定 了钢的“强度潜力” ，才能保证汽车用钢的竞争力。同时应拥有较好的成型技术，在冶金工序阶 段如果不广泛应用最现代化的工艺，就不能在可接受的成型条件下实现钢的“强度潜力” 。只有 借助最现代化的工艺，才可以有效利用各种强化机理:固溶强化、第二相强化、弥散(直至纳米尺 寸)微粒强化、晶界强化。 3 高抗凹陷钢(DR) 这个钢级(见表 3)是由前不久开发的高强 I
9、F 钢开始的(和 IF-260 一样， 用磷、 锰(达 1.2%)、 硅、 硼合金化)，其b=450N/mm2。资料报道，用叫做 Cu-IF 的钢制造车身部件，具有极好的强度和 塑性，其含 Cul.35%和含 Ni 0.65%。 研究具有烘烤硬化效应钢种类型时，若是包含 DR 级，要指出用磷合金化的同样级别的钢， 以及先进高强级别 AHSS 的 DP 和 TRIP 钢和 IF 钢都具有烘烤硬化能力。 4 低合金高强度钢HSLA) 低合金高强度钢(HSLA)的特点是类型小，传统上它包括唯一类型，即 HSLA 钢本身，产品具 有多样性。低台金高强度钢的化学成分、力学性能见表 4，表 5。 一些专家
10、认为，这些用于汽车制造的钢种使用“低合金”的名称，不完全正确，他们更应属 于微合金高级碳素钢。为了提高耐蚀性，这类钢用铜合金化，它们已获得广泛应用。用 Ti、V 或 Nb 合金化能提高s到 550N/mm2，而 V+Mo 能提高。到 690N/mmm2。各向同性钢包括在这 个级别是合理的，它与 HSLA 钢的不同之处在于性能的各向异性很低，更节约合金，强度和塑性 指标更高。目前该级别钢比较重要，车身重量的 10%15%采用这类钢种。 5 先进高强度钢(AHSS) 在 AHSS(见表 6)中，应提到能够减轻车重 25%的双相(DP)钢。由于力学性能范围较宽，例如 极限强度范围从 500N/mm2
11、 到 1000N/mm2，根据 ULSAB-AVC 方案，车身重量中双相钢的比例 应为 75%。 这个级别也包括了新型 TWIP 钢(高合金钢，Mn 达 30%、A1 达 9%)，保证屈服点大于 600N/rmm2 时，延伸率达 80%。 具有 TRIP 效应的钢，是有前途的汽车制造用材料，它在高强度时保证良好的成型性。最近 开发了 Cu 含量达 1.32%的钢。铜促进细化组织和强化金属，同时提高残余奥氏体的体积分数。 马氏体钢在这个级别中特别重要。严格说，它是碳素钢，用锰合金化和用硼微合金化，它在 第 3 页 共 4 页 水中 900淬火，从相当软的珠光体状态转变成高强度的马氏体。这种钢以热轧状态供货，在汽 车厂进行热冲压并随后淬火。在此条件下屈服点和极限强度几乎提高 2 倍。 最新高强度钢(NHSS)列入 AHSS 级别。目前它只包括 2005 年日本 JFE 公司开发的纳米级微 粒强化 Nano-hiten 钢，Nano-hiten 钢的s 为 780N/mm2，8 为 18%。它已经用于制造悬挂零件、 底盘和车架。改进合金元素的平衡和热轧制度，可以进一步提高 Nano-hiten 钢的抗拉强度和延伸 率。 随着汽车钢名牌品种的发展，在最现代化及革新材料学方法的基础上，NHSS 钢能成为符合 汽车最新制造趋势的新钢种。 第 4 页 共 4 页
