第三代先进高强钢的研发进展.doc

第三代先进高强钢的研发进展张志勤黄维高真凤（鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山114009）摘要：介绍了先进高强钢的发展现状和第三代先进高强钢的设计构想，并从七个方面阐述了第三代先进高强钢的研究进展，即DP钢、改进型TRIP钢、超细晶贝氏体钢、淬火-碳分配钢、快速加热和冷却工艺、高锰TRIP钢和低锰TWIP/TRIP钢关键词：第三代先进高强钢研发进展ResearchDevelopmentforThird-GenerationAdvancedHigh-StrengthSteelZhangZhiqinHuangWeiGaoZhenfeng（TechnologyCenterofAngangSteelCo.,Ltd.,AnshanCityLiaoNingProvince,114009）Abstract:Inthispaper,thedevelopmentofadvancedhigh-strengthsteelandthedesignideasofthethird-generationadvancedhigh-strengthsteelareintroduced,thedevelopmentstatusofthethird-generationadvancedhigh-strengthsteelinsevendirectionsarediscussed,suchasDP,modifiedTRIP,ultrafinegrainbainite,Quenching&Partitioning,Rapidheatingandcooling,highMnTRIPandlowMNTWIP/TRIPsteels.KeyWord:Third-GenerationAdvancedHigh-StrengthSteel;Research；Development.1 前言近几十年来，为满足汽车工业更安全、更轻量化、更环保以及更经济油耗的需求，先进高强钢（AHSS）一直是材料研发工作的重点。

据预测，到2015年，在世界轻型车车身及其封闭件中，AHSS钢将增加到35%，而低碳钢将从2007年的55%下降到29%近年来各国一直致力于第三代AHSS钢的研发，美国科学家首先提出了第三代AHSS钢的概念，美国汽车/钢铁联盟在DOE（美国能源部）和NSF（美国国家卫生基金会）的支持下于2007年10月启动了为期三年的强塑积与成本介于第一代与第二代AHSS钢之间的第三代AHSS钢的研发工作同时，我国与韩国也相继启动了提高强塑积的高强高塑钢的研发工作到目前为止，各国第三代AHSS钢的研发仍然在积极探索之中2010年11月，中国钢研与太原钢铁集团合作，成功地在工业生产流程上开发出第三代AHSS钢热轧板卷和冷轧板，强塑积均超过了30GPa・％，率先在国际上研发出第三代AHSS钢的工业化生产技术2 当代AHSS钢的发展现状图1为当代汽车用高强钢品种发展现状示意图传统的高强度钢，如HSLA、BH组织都是以铁素体为基第一代AHSS钢，包括DP、CP、TRIP、马氏体钢、贝氏体钢都可以看作是以铁素体为基的高强度钢，其抗拉强度与延伸率的乘积（强塑积）一般在15GPa-%的水平，难以适合未来汽车的轻量化和安全性需求。

DP钢由于其良好的焊接性和相对易加工性，是现今应用较多的钢TRIP钢可以获得良好的强度/延伸性组合，其残余奥氏体由于应变诱导而转变成马氏体，导致应变硬化更大而第二代AHSS钢，如TWIP、L-IP、奥氏体不锈钢等在常温下都是奥氏体单相组织，可以看作是奥氏体为基的AHSS钢⑴，其强塑积虽达到了较高的50GPa-的水平，但是其合金含量高和生产工艺控制困难导致了成本较高此外，加工这些钢种，特别是高锰含量的TWIP钢，具有极大的挑战性目前，市场需要性能和成本介于两者之间的新型汽车薄板钢正在开发的下一代汽车钢第三代AHSS钢，它是1种新的多相组织钢，该新钢种具有“多相、亚稳和多尺度”的组织精细调控（M3组织）,从而获得更高强度和伸长率（强塑积为30GPa・％）恨皿和7師心I伽|加注：IF:无间隙原子钢；IF-HS:高强IF钢；ISO:各向同性钢；BH:烘烤硬化钢；Mild:低碳钢；CMn碳锰钢；HSLA高强度低合金钢；TRIP:相变诱发塑性钢；DP:双相钢；CP复相钢；MART马氏体钢；L-IP:具有诱发塑性的轻量化钢；AUST.SS:奥氏体不锈钢；TWIP:孪晶诱发塑性钢图1传统钢与AHSS钢的拉抗强度与总伸长率之间的关系图Fig.1TherelationshipoftensilestrengthandtotalelongationbetweentraditionalsteelandAHSS从图1可见，在第一代和第二代AHSS钢之间的区域，即第三代AHSS钢区域，现有的研究主要是通过改进的或创新的工艺路线来致力于填补这些空白区域，并特别关注于工业化生产可行性和成本因素，其研发策略主要有：研发性能优良的DP钢；改进传统TRIP钢;研发超细晶贝氏体高强钢；开发新的生产工艺路线，包括淬火-碳分配（Q&P）和超快加热和冷却工艺（FlashProcess）等；研发高锰TRIP钢。

3第三代AHSS钢的设计构想[2]近年来研究人员通过简化成分模型，对第三代AHSS钢的设计构想进行了讨论，提出了F/M和A/M组织表1为设想组织抗拉性能所需的模型输入参数值，图2为F+M和A+M两种混合组织的强度-韧性组合的设想预测图通过改变设想组织的相关相组成而获得的计算结果如图2所示，根据模型所获得的韧性值是均匀延伸的很明显，对于这些假设铁素体/马氏体组织预测的抗拉性能处于现有的第一代AHSS钢的性能区域内而奥氏体/马氏体组织所对应的性能区域正处于第一代和第二代AHSS钢之间的区域内，正是我们所希望的“第三代AHSS钢”的性能区域表1设想组织抗拉性能所需的模型输入参数值Table1Assumedtensilepropertiesfoetheconstituentsusedasinputparametersforthemodel序号组织名称极限抗拉强度/MPa均匀的真应变1铁素体3000.302奥氏体6400.603马氏体20000.08抗拉强度/MPa图2设想的F+M和A+M两种混合组织的强度-韧性组合预测图Fig.2Superpositionofthepredictedstrength/ductilityconbinationsofhypotheticalferrite/martensiteandaustenite/martensitemixtures模拟工作的第二步，是在应变状态下的亚稳态奥氏体发生相变。

考虑了四个假定的奥氏体稳定性条件，如图3a所示所产生的强度/延伸组合预测见图3b，为从A到D四种不同奥氏体稳定状态，每个曲线上单独数据点对应着不同的初始奥氏体含量(假定范围为0%-85%),其显微组织的残余物正在进行铁素体化，其性能见表1奥氏体稳定性对于所预测钢种的性能密切相关最差的稳定性(条件D)是在低应变条件下发生马氏体相变，其性能指标落在第一代AHSS钢的区域内，这表明奥氏体不能明显有效地改善性能预测的最好的强度和性能组合是具有大量相对稳定的奥氏体(图3b中的曲线B)在本模型中进行了简化的假设，正在进行的工作是开发更精确的模型另外，最简单易做的方案是提供一个掌握每个单独相组成的作用，同时为了获得下一代AHSS钢，建议采用具有大量高强钢的复合显微组织，这些高强钢可能是马氏体、贝氏体或超细晶铁素体与高韧性奥氏体相组合，这些奥氏体在应变的作用下由奥氏体向马氏体转变时具有可靠的稳定性004(a)(a)所研究的四种不同的奥氏体稳定性；上每一个数据点对应一个原始奥氏体比例,(b)(b)对于不同的奥氏体稳定性的对应的预测力学性能组合，曲线范围为0%〜85%,其初始显微组织的残余物正在进行铁素体化。

a）fourdifferentaustenitestabilitieswereconsidered,labeledAthroughD;（b）predictedmechanicalpropertycombinationscorrespondingtothedifferentaustenitestabilities,eachdatapointonacurvecorrespondstoaninitialaustenitefraction,consideredrangingfrom0%to85%,withtheremainderoftheinitialmicrostructurebeingferrite.图3奥氏体稳定性对所预测的力学性能组合的影响Fig.3Effectofaustenitestabilityonpredictedmechanicalpropertyconbinations4第三代AHSS钢的研究进展目前正在进行的AHSS研究是在不明显增加合金量的条件下，相对于第一代AHSS钢，将强度和韧性增加到更高水平，或者目的是降低第三代AHSS钢的合金含量本文将在以下七个方面，对这些方案和研究进行探讨。

4.1DP钢采用优化碳含量和/或临界退火温度来增加马氏体含量来稳定获得强度更大的双相钢以这种方式开发出来的DP780和DP980已经工业化生产采用特殊的热轧工艺获得的显微组织细化也可以达到强度增加的目的一种工艺是，应用变形诱导铁素体相变（DIFT），如图3所示DIFT研究方法包括由奥氏体到铁素体的应变诱导相变，该相变是在低于Ac3的Ar3之上约25〜50C区域进行轧制该方案现已成功生产出晶粒尺寸在1口级的超细晶粒铁素体采用轧后特殊的冷却工艺以传统的DP钢成分，如，生产出了超细晶DP钢值得关注的一个现象是，超细晶DP钢可以通过更低的合金成分而不添加昂贵的Mo来获得另一个工艺是在珠光体精轧温度之下进行大应变（真应变最大为1.6）温轧而获得带有均匀弥散的、球化渗碳体颗粒的超细晶粒铁素体基体在随后进行临界退火处理时，所获得的1〜2pm晶粒基本处于稳定状态以该方式获得的抗拉强度893MPa、伸长率为21%的超细晶DP钢己见报导然而，这些钢的性能仍处于第一代AHSS钢的区域内，这种组织细化的DP钢还不能够达到第三代AHSS钢的性能在一些情况下，强度增加还不是主要关注点，现已开发的多种DP组织结构目的是满足专用要求，像高的扩孔率或抗弯性，而不是单纯地追求抗拉强度的增加[2]。

如，浦项光阳厂的6号热镀锌生产线在世界上首次成功地生产了490MPa级深冲型双相钢汽车面板2010年，浦项制铁又成功开发了590MPa级双相钢汽车面板与传统的340MPa级汽车面板相比，590MPa级双相钢汽车面板的强度提高了70%，但钢板厚度由0.7mm减小到了0.55mm,重量减少了约20%冲压发动机外盖板的试验结果表明，该钢种的成形性、表面质量均较好目前浦项正在与用户合作进行590MPa级双相钢汽车面板的应用研究4.2改进型TRIP钢相对于现今已工业化的TRIP钢,早期的研究钢种碳含量更高,Matsumura等人研究了0.4CMnSi钢种，其性能指标处于第三代AHSS钢优先考虑的目标区域内此外，通过合金化对TRIP钢进行晶粒细化，已获得了标准强度达1GPa,总伸长率达20%的钢其它的TRIP钢开发包括改进热处理，即在350〜475C温度区间内进行等温处理，而某些情况下是在Ms温度之下(计算值为417C)当降低保温温度时，导致强度值增加而延展性下降，同时应变硬化显著变小，分别如图4a和4b所示在Ms温度之下进行等温保温处理也可应用于TRIP-dual和间断淬火［2］。