汽车中各种钢铁材料.doc

汽车用先进钢铁材料0616120323顾振宇摘 要：先进的高强度钢在汽车减重，节能，提高安全性，降低排放等方面展现出广阔的前景。本文简述了先进高强度汽车用钢板的最新开发和应用前景情况。关键字：先进钢，高强度，开发，应用前景：新一代汽车发展趋势是要求节能、降耗、环保和安全。因此，使用高强和超高强度钢作为汽车用钢是未来的目标，从而达到汽车的轻型化，安全性等目的。为了发展汽车用高强度钢板，促使汽车轻量化，近年来在世界范围内开始大量的相关汽车轻量化项目的研究，研究的共性就是降低汽车质量的20%-40%。双相钢，复相钢，相变诱发塑性钢，马氏体钢等的强度范围为5001600MPa,均具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到广泛应用，是第一代高强度汽车用钢。随着国内汽车工业的发展，对于优质汽车用钢的要求越来越高，需求量越来越大，为了促使我国汽车进一步发展，有必要对高强度汽车用钢进行分析研究。1 相变诱发塑性钢相变诱发塑性钢是指钢中存在多相组织的钢，这些相通常为铁素体、贝氏体。残余奥氏体和马氏体。在形变过程中，稳定存在的残余奥氏体向马氏体转变时引起了相变强化和塑性增长，为此残余奥氏体必须有足够的稳定性，以实现渐进式转变，一方面强化基体，另一方面提高均匀的伸长率，达到强度和塑性同步增加的目标。TRIP钢的性能范围为：屈服强度340-860MPa，抗拉强度610-1080MPa，伸长率22%-37%。TRIP钢的主要成分是C、Si和Mn，其中Si的作用是抑制贝氏体转变时渗碳体的析出，与它同级的高强度钢相比，TRIP钢的最大特点是兼备高强度和高延伸性能，可以冲制较复杂的零件，还具备有高碰撞吸收性能，车身一旦遭遇碰撞，通过自身形变来吸收能量，而不向外传递，常用作汽车保险杠，汽车底盘。许多研究表明，高硅含量的TRIP钢有更好的延展性和抗拉性，成分系列有：C-Mn-Si-N-V,C-Mn-Si-Ti等，但是硅含量高将导致钢表面产生红色氧化皮以及热镀锌性能变差等缺点。近年来，一些研究者开始侧重于用其他元素（如铝）部分取代硅，以降低钢中的硅含量，改善涂镀性能，并通过添加铌，钒，钛及钼等元素来提高TRIP钢的强度。此外，TRIP钢板还可以作为热镀锌和Zn-Ni电镀锌的基板，从而用来生产高强度、高塑性，高拉伸以及高耐腐蚀镀锌板。2 双相钢DP钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控扎控冷得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体。普通的高强钢是通过控制扎制细化晶粒，并通过微合金元素的碳氮化物的析出来强化集体，而双相钢是在纯净的铁素体晶界或晶内弥散分布较硬的马氏体相，因此气强度与韧性得到很好的协调。由微观组织知道，马氏体为强化相，以小岛形状分布在铁素体基体上，其体积分数通常随强度增加而增加，从而是这种钢具有极好的延展性，当发生变形时，应变主要集中在被岛状马氏体包围的强度较低的铁素体上，产生高得硬化速率且有高的延伸率。因此，与具有相同屈服强度的普通钢相比DP钢具有刚高的抗拉强度。结合图4可知，总结DP钢拉伸力学性能特点如下：1 应力应变曲线呈光滑的拱形，无屈服点延伸2 具有高的加工硬化速率，尤其是初始加工硬化速率3 低的屈服强度和高的抗拉强度，成形后具有高的压溃抗力，抗撞击吸收能和高的疲劳强度4 大的均匀的伸长率和总伸长率DP钢是一种强度高成形性好的新型冲压用钢，其主要成分是C、Mn、Si，也可以适量加入V、Cr、Mo，使C曲线右移，防止冷却时析出珠光体。DP钢一般用于制造高强度，高碰撞吸收，易成型，要求严格的零件。DP600、DP800、DP1000钢种适合生产汽车的结构件和安全部件，如纵梁、横梁和强化件。DP450和DP500钢种课用于外露件，且比标准钢种的抗凹陷能力提高20%，具有15%的减重潜力。3 复相钢复相钢的组织与TRIP钢类似，其主要组织是细小的铁素体和高比例的硬相（马氏体、贝氏体），含有铌、钛等元素。通过马氏体和贝氏体以及析出强化的复合作用，CP钢的强度可以达到800-1000MPa，具有较高的吸收能和扩孔性能，特别适合与汽车的车门防撞杆，保险杠等安全零件。我们在制备复相钢时，采用的技术有微合金化、连续退火技术、热轧、控扎控冷来得到不同组织的复相钢。组织一般有铁素体+贝氏体双相组织、铁素体+马氏体双相组织、铁素体+贝氏体+残余奥氏体复相组织，钢的强度可以从500 MPa提高到1000 MPa以上甚至1200MPa。比如CP100的抗拉强度为1000 MPa，可是它的厚度达到了惊人的1.8mm。复相钢基本上是在MnCrSi合金成分体系基础上，依靠钛铌钒元素微合金化产生的晶粒细化效应和析出强化效应，结合适当的卷曲工艺而生产的。在CP-W1000钢中典型的化学成分为C 0.14,Si 0.60,Mn1.75,Ti0.15,Cr0.35,Mo0.10。实践表明，由于钢中的微合金元素含量较高，在非结晶区控扎时变形抗力增加，导致轧机负荷较大。在控扎控冷过程中，钛元素对加热温度和卷曲温度很敏感，容易导致屈服强度和抗拉强度明显波动。对于冷轧高强度结构钢，可以在连续退火过程中通过复相热处理工艺获得不同组织体积比率的铁素体+贝氏体+马氏体复相组织。这种冷轧复相钢具有良好的综合力学性能，与常规淬火马氏体钢相比，在强度相同的条件下具有较高的韧性和塑性因此在汽车工业上具有广阔的应用市场.4 马氏体钢马氏体钢的主要组织为板条马氏体，是通过高温奥氏体组织快速淬火转变而成的，可以通过热轧，冷轧，连续退火或成形后退火来实现，其最高强度可以达到1600MPa，是目前商业化高强度钢板中强度级别最高的钢种。因此，在生产板状产品时，由于受到成形性的限制，只能用滚压成形生产或冲压形状简单的零件，主要用于成形要求不高的零件，可以用来代替管状零件，降低制造成本。热冲压成形钢（MnB钢）是日本钢铁株式会社开发的一种超高强度马氏体钢。典型的MnB钢种22MnB5是利用钛和硼微合金化的方法，通过热成型后急冷获得高的成形度和极高的强化度，热成形的方法：钢板加热(880-950) 冲压（在冲压机模内实现淬火处理）抛丸处理（去除氧化皮）成品（1500MPa）。为了解决钢板热加工易产生氧化铁皮问题，一般需要在超高强度钢板表面进行镀铝处理。超高强度MnB钢板主要用来制作防撞零件，如保险杠加强梁等。目前超高强度MnB钢板在欧美和日本主要汽车制造企业已经开始使用。5 孪晶诱导塑性钢（TWIP）孪晶诱导塑性钢在室温下其组织为奥氏体，在变形过程中将发生机械孪晶并诱导塑性（即TWIP效应），从而保持了气优良塑性。TWIP钢的锰含量极高，其基本成分为MN25,AL3,SI3。根据实验，该钢在室温下具有92%的中变形率和650MPa的抗拉强度吸收能高于传统高强度深冲钢的2倍,冲击韧性优良，在温度区间196-400范围内有很高的值。在Fe-Mn-C合金系统中，我们借助调整成分和工艺参数，可以获得抗拉强度为600-1400MPa的高延伸TWIP钢。具体研究成果如下；Fe-15Mn-3Si-3Al和Fe-20Mn-3Si-3Al钢室温下具有30%-64%的总伸长率和830-1075的抗拉强度。Fe-25Mn-3Si-3Al和Fe-30Mn-3Si-3Al钢具有70%-82%的总伸长率和637-650的抗拉强度。当锰的质量分数低于25%时，该钢的组织是由铁素体、残余奥氏体、bcc马氏体、hcp马氏体组成，变形过程中残余奥氏体和hcp马氏体发生了形变诱导相变，从而促使应力级塑性增加，使该钢具有高的强度和塑性。当锰的质量分数高于25%时，该钢冷轧退火后的室温组织为奥氏体，并伴有少量片状退火孪晶，通过孪晶界阻碍位错的移动和滑移变形从而诱导塑性，使基体具有较高的延展性。前景：目前钢厂和一些研究机构正在研究新一代TRIP钢FeMnAl钢，也称为TRIPLEX钢，这种钢没有明显的TRIP和TWIP效应，加工变形是，位错滑移成剪切带，因此具有很高的塑性，即剪切带诱导塑性（SIP效应）。到目前为止，还没有对这种钢的焊接性能进行检测，但是在汽车上的应用已经得到认可。结语在汽车用普通钢用量不断下降的同时，高强度钢和超高强度钢的用量则是稳步增长。先进的高强度钢在汽车减重，节能，提高安全性，降低排放方面展现了广阔的前景，与镁铝合金相比也有着巨大的竞争力。国外钢铁企业都十分重视高强度钢板的开发，近年来DP钢TRIP钢CP钢在汽车部件上的用量明显增加。我国是一个汽车销售大国，汽车轻量化和高强度钢板的开发和应用对环境意义重大。我国的钢铁工业应密切关注国外的发展动向，适时进行一些研究工作，研发出先进高强度钢。对提高我国的汽车用钢质量和提升国际竞争力有积极作用。参考文献1孔见 编，钢铁材料，化学工业出版社 2吴锵 编，材料结构与相变3Zhao Y H，Liao X Z，Zhu Y T，et a1Influence of stackingfault energy on nanostructure form at