张英仓
精诚工科汽车系统有限公司顺平精工铸造分公司 河北保定 072250
摘要：随着经济的发展人们对现代汽车提出了越来越高的要求，即：能耗低、重量轻和安全性高。汽车业的高要求以及铝业的竞争促使钢铁工业为适应汽车工业的需要而开发厚度更薄、成形性更好、强度更高的钢板，由此也推动了高强度钢板的开发和研究。本文介绍了高强度钢板的开发进程和在汽车工业中的应用情况。
关键词：高强度钢板；汽车板；开发；应用
1、高强度钢板的发展
通常，把屈服强度为350MPa以上的低合金钢称作高强度钢，它具有良好的低温韧性、成型性和焊接性。高强度汽车板分为普通冲压级、深冲级和超深冲级。按强化机理又可分为若干种。如固溶强化型加磷钢板，弥散强化型的低合金高强度钢板，相变强化型的双相钢板和烘烤硬化型的钢板等。 汽车用高强度钢的开发始于70年代，开始是微合金钢，不久是含磷合金钢，80年代前期是DP( 双相D钢和BH(烘烤硬化)钢及IF(无间隙原子)钢。1990年前后又开发出了强度更高的微合金钢—各向同性钢，接着又开发了TRIP(相变诱发塑性)钢，最近又开发了超高强度钢。抗拉强度已达到1000 N/mm2以上。最高的甚至已达到1200N/mm2以上。
2、高强度钢板的生产
2.1烘烤硬化(BH)钢板
烘烤硬化钢在冲压加工前的屈服强度低，而在涂漆过程中经热处理后，屈服强度会提高，其强度提高的前提是冷轧带钢晶格中要有少量固溶碳。含有少量固溶碳的薄板经塑性变形冲压成型后，在160~250C的温度下作几分钟的热处理，游离碳原子以扩散方式位错，由于科特雷尔气团的生成和细微的析出，而使位错锚定，热处理温度下诱发的位错导致钢板的加工硬化。奥钢联林茨厂的经验认为，烘烤硬化钢的生产中，碳含量的调整策略是由退火工艺来确定的。为了使冷轧带钢中保持有游离碳，必须根据化学成分来选择相应的退火方法。若碳含量在0.02%以下，则采取罩式退火。在相应的退火温度下，在保温阶段碳化物全部溶解，由于缺乏晶芽，即使在缓冷阶段结束后，也只有部分碳以渗碳体形式析出，从而确保了在常温下仍有足够的固溶碳。一般认为，罩式退火的带钢在热轧后应低温卷取，但奥钢联林茨厂认为，热轧带钢卷取温度对罩式退火时的温度并无多大的影响，碳含量的限制也决定了调整所需强度而要添加的其他固溶强化元素，如磷、锰、硅。罩式退火的优点是可以利用生产深冲钢时所用的压扁 机理调整有利于深冲的织构，即表现为有高的r值。烘烤硬化钢板若用连续退火方式进行热处理，按传统的方法，碳含量为0.02%~0.06%，热轧后用高温卷取，使碳化物粗化。低温卷取一般是为了能获得高r值，但试验证明，低温卷取的带钢只有通过提高退火温度才能调整所要求的碳含量。总的碳含量不必降到0.02%，以下，通过过时效条件和冷却速率的匹配，注意游离碳调整到一定的范围(约5×10-6 )，就可获得足够的烘烤硬化效应。
2.2高强度IF钢
由于高纯净度和特殊的结构，IF钢有着杰出的变形性能和低的屈服极限。通过固溶强化元素的合金化，强度得到提高。而又不影响延性和r值。Nb-Ti合金化的IF钢添加磷、硅、锰和硼，用以控制冷加工脆化。与普通铝镇静钢或钛合金化IF钢相比，这种钢的缺点是再结晶延迟，所以要获得所要求的织构和延性，就要有足够高的再结晶退火温度，这种新IF钢的生产需要使退火过程连续化，因为只有通过足够的快冷才能抑制不希望有的冷加工脆性。
奥钢联生产的高强度IF钢的延展性均匀，而且有着非常好的深冲性能，其表现为有很高的r值。这种钢板可以深冲成圆度对称而无裙状花边缺陷的部件。新IF钢中的间隙原子极少，因而可以把微合金降到最低，从而可以避免普通IF钢的缺点(如涂镀性能差)。高强度IF钢把无间隙钢的良好变形性能变成较高的强度水平，这种新IF钢的磷和锰含量较高，而且还要添加少量硼，以避免晶界偏析。高强度IF钢有很高的r值和n值，在抗拉强度中等的钢中，以高强度IF钢为最好，高强度IF钢板主要是镀锌后用于制作汽车内板。
2.3TRIP钢
在双相钢的开发和推动下，最近几年来TRIP钢的发展十分迅速。TRIP钢是利用钢中奥氏体向马氏体转变时有较大的伸长率而设计的一类钢。在成型加工过程中，平展延伸的残余奥氏体转变成被叫做马氏体的硬钢相，这种由机械加工引起的相变机理有助于改善成形性能，这种相变机理就叫做相变，诱发塑性(TranSformation induced PlaSticity)现象(相变感生塑性)这是由Zackay及其合作者首先发现的。对于碳含量在0.30 %以上的钢，控制其中的合金元素的含量，调整MS和Md点，使奥氏体在加工制造条件下转变成马氏体从而得到超高强度和良好的塑性。而切变形成马氏体时，因需要消耗能量使断裂韧性增加。TRIP钢实际上是双相钢的变种这种钢具有多相织构，既有软的织构成分，又有硬的织构成分，另外，还具有不锈钢所拥有的相变感生塑性。TRIP钢既有高的强度，又有良好的冷变形性能，十分适合制造轻量化的汽车车身。
3、高强度钢板的应用
汽车用钢板的强度要求因使用部位的不同而不同。但随着汽车轻量化和性能要求的提高，汽车用板的强度级别也在不断提高，高强度钢板对减轻汽车重量起着极其重要的作用，对降低油耗提高汽车构件强度，确保安全性能等也具有重要意义。高强度钢板由于材料强度的提高，钢板的厚度可以减薄，如用350MPa的 低合金高强度钢板制作汽车前梁、发动机支架、保险杠和车门等，板的厚度可以减少15%~25%。当钢板厚度减小0.05mm时，车身的重量可减轻6%，厚度减少0.15mm时，车身重量可减轻18%。汽车用板的强度的提高，可改善汽车的安全性能。例如：TRIP钢板主要用于制造汽车的防抗撞和提高安全性能的部件以及强度和变形性能俱佳的部件。西欧几种主要车型所用高强度钢板的比例已上升到40%以上，而ULSAB的成功更说明了高强度钢板的作用，同时也再一次证明了钢铁在汽车制造中仍然是无可替代的主要材料。ULSAB工程取得了骄人的成绩，而高强度钢板的使用无疑对此作出了巨大的贡献，高强度钢板是减轻结构件重量的基础。由于用了高强度钢板，结构强度提高，钢板的厚度可以减小。在一些重要部位的使用提高了安全性。18个国家的35个钢铁企业积极参与超轻汽车车身的研究开发，这是有史以来钢铁界最大的国 际性合作。其目的是要证明，使用新的工艺生产出新的材料，使轿车的重量更轻，功能和安全性要达到和超过现在的轿车，使用新的钢铁材料不会对汽车的设计、制造和加工增加困难。
结语：国外钢铁企业都十分注重高强度钢板的研究开发和生产，以适应汽车工业对高强度钢板的需要。生产高强度钢板需要有先进的设备和工艺，宝钢的设备目前在国内是最现代化的，在世界上也是属于先进的，除生产一般的高强度钢外，也应进行更高强度钢板的研究开发，增加高强度钢板的品种。
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