史上最全先进高强钢概述（第一代到第三代）

2019-02-27 18:26:47 作者：本网整理来源：材易通分享至：

一、引言

欧洲车身会议（ECB大会）对汽车用钢板的分类是按照冶金学的组织类型来分类的，将钢种分为传统软钢、高强度钢、先进高强度钢和超高强度钢等。

先进高强度钢（Advanced High Strength Steels，AHSS），是具有复相组织的材料，通过严格控制加热和冷却工艺达到所要的化学成分和复相微结构，并采用各种强化机制来实现不同强度、延展性、韧性和疲劳性能。

二、性能

在过去，钢铁的抗拉强度超过550 MPa，可以归为先进高强度钢，而抗拉强度超过780 MPa归为超高强度钢，然而，当下多相先进高强度钢的最低抗拉强度是440 Mpa，因此将强度作为界定先进高强钢的标准不再适用。抗拉强度为1000 MPa的先进高强度钢通常也称之为1GPa钢。第三代先进高强度钢有望在低成本前提下实现相当或更优的性能。

钢种的强度-延性图IF—无间隙原子钢；Mild—低碳铝镇静钢；IF-HS—高强度IF钢；BH钢—烘烤硬化刚；CMn—碳锰钢；HSLA—高强度低合金钢；DP—双相钢；CP—复相钢；TRIP—相变诱导塑性钢；MS—马氏体钢；TWIP—孪晶诱导塑性钢先进高强度钢材料性能概览（包含HSLA钢）

序号	牌号	Min Yield Strength	Min Tensile Strength
序号	牌号	MPa	MPa
1	DP210/440	210	440
2	DP 300/500	300	500
3	FB 330/450	330	450
4	HSLA 350/450	350	450
5	DP 350/600	350	600
6	TRIP 350/600	350	600
7	TRIP 400/700	400	700
8	HSLA 420/500	420	500
9	FB 450/600	450	600
10	TRIP 450/800	450	800
11	HSLA 490/600	490	600
12	CP 500/800	500	800
13	DP 500/800	500	800
14	TWIP 500/900	500	900
15	TWIP 500/980	500	980
16	HSLA 550/650	550	650
17	CP 600/900	600	900
18	TWIP 600/900	600	900
19	DP 600/980	600	980
20	TRIP 600/980	600	980
21	Q&P 650/980	650	980
22	CP 680/780	680	780
23	TPN 680/780	680	780
24	HSLA 700/780	700	780
25	DP 700/1000	700	1000
26	CP 750/900	750	900
27	TPN 750/900	750	900
28	DP 750/980	750	900
29	TRIP 750/980	750	980
30	TWIP 750/1000	750	1000
31	CP 800/1000	800	1000
32	DP 800/1180	800	1180
33	CP 850/1180	850	1180
34	MS 950/1200	950	1200
35	TWIP 950/1200	950	1200
36	CP 1000/1200	1000	1200
37	MS 1050/1470	1050	1470
38	CP1050/1470	1050	1470
39	HF 1050/1500	1050	1500
40	DP 1150/1270	1150	1270
41	MS 1150/1400	1150	1400
42	HF 1200/1900	1200	1900
43	MS 1250/1500	1250	1500

三、分类

世界钢协根据研发历史及其特点，将AHSS钢分为三代：

（1）第一代AHSS钢以铁素体为基的AHSS钢的强塑积为15 GPa%以下，主要包括双相（ DP）钢、多相（ CP）钢和相变诱导塑性（ TRIP）钢，铁素体贝氏体钢（FB/SF），马氏体钢（MS/PHS）、硼钢（HF）；

（2）第二代AHSS钢以奥氏体为基的AHSS钢的强塑积为50 GPa%以上，主要包括奥氏体孪晶诱导塑性（ TWIP）钢（主要钢种）、诱导塑性轻钢（L-IP）和剪切带强化（SIP）钢；

（3）第三代AHSS钢以马氏体、回火马氏体、亚微米晶/纳米晶组织或沉淀强化的高强度BCC组织，强塑积20 -40GPa%，主要包括TBF钢（TRIP Aided Bainitic Ferrite steels），中锰钢（medium Mn-Trip），Q&P钢（Quenching-Partitioning Steel）。第三代AHSS钢以“多相、亚稳、多尺度”为特征的组织调控理论的指导下，提出高强塑积第三代汽车钢的超细晶基体与亚稳相的组织调控思路，采用新型中锰合金化和逆转变奥氏体（ART）退火的技术思路。

先进高强钢的组织结构与性能关系分析总结

（上图阴影区域是第三代先进高强钢强塑积的研发目标，下图红色区域表明第三代先进高强钢要含有30%~40%的亚稳奥氏体含量）

第一代先进高强钢

3.1 DP钢（Dual-Phase Steel）

3.1.1 显微组织（Microstructure）

DP钢的显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体组织以岛状弥散分布在铁素体基体上（如图2所示）。铁素体较软，使钢材具备较好的塑性。马氏体较硬，使钢材具备较高的强度。DP钢的强度随较硬的马氏体所占比例提高而增强。

DP钢的显微组织

3.1.2 性能特点

（1）屈强比较低（一般为0.5～0.65），不仅易于加工，而且具有仅次于TRIP钢的高延伸率；

（2）应变集中在低强度的铁素体相上，使其具有独特的高加工硬化率，尤其在低的应变区（2%～3%），屈服强度提高很快（140～220MPa）；

（3）无屈服延伸，无时效；

（4）呈烘烤硬化特性（可达30～150MPa）；

（5）良好地碰撞能量吸收性能。

3.1.3 应用

双相钢是先进高强度钢中应用最为广泛的一类钢种。如表2所示，可看出双相钢C级车上所应用部件的使用情况。双相钢最适用于结构件及其加强件，在外板上也有广泛的应用。双相钢在C级车上占到了整个结构用钢的74%左右。对于450/500MPa级别的双相钢常用于车门外板等外露件，比标准钢种的抗凹陷能力高20%，可有15%的减重潜能；而600/780/1000/1180MPa级别的双相钢则适用于生产各类结构件和安全部件，常见的部件有纵梁、横梁、车底十字构架、防撞加强构件、前翼构件、车轮等。

DP钢在汽车部件中典型应用

牌号	在汽车部件中的应用
DP 300/500	Roof outer, door outer, body side outer, package tray, floor panel
DP 350/600	Floor panel, hood outer, body side outer, cowl, fender, floor reinforcements
DP 500/800	Body side inner, quarter panel inner, rear rails, rear shock reinforcements
DP 600/980	Safety cage components (B-pillar, floor panel tunnel, engine cradle, front sub-frame package tray, shotgun, seat1)
DP 700/1000	Roof rails
DP 800/1180	B-pillar upper

3.1.4 缺点

双相钢的冲压回弹是该材料面临的最大挑战。由于冷轧双相钢的高强度级别，在冲压成形过程中，材料必然存在较大的内应力。成形完成从模具中取出时，材料的高内应力使零件很容易产生回弹，造成零件的扭曲与翘曲。

双相钢的冲压开裂则是另一个较大的挑战。开裂倾向主要是由于双相钢中的铁素体和马氏体两种相之间的力学性能差异巨大，成形过程中在两相的界面之间造成应力集中，从而引起界面间的开裂。

3.2 CP钢（Complex Phase steel）

3.2.1 显微组织

CP钢的显微组织以铁素体/贝氏体为基体，含有少量的马氏体、残余奥氏体以及珠光体。通过再结晶和Ti/Nb等微量元素形成的析出相达到细化晶粒的目的。

CP 800/1000 热轧钢的显微组织

3.2.2 性能特点

CP钢具有非常高的抗拉强度，与同等抗拉强度的双相钢相比，其屈服强度明显要高很多，且有较高的能力吸收能力和较高的残余应变能力，扩孔性能好。

3.2.3 应用

CP钢在汽车部件中典型应用

牌号	在汽车部件中的应用
CP 600/900	Frame rails, B-pillar reinforcements
CP 680/780	Frame rails, chassis components, transverse beams
CP 750/900	B-pillar reinforcements, tunnel stiffener
CP 800/1000	Rear suspension brackets, fender beam
CP1000/1200	Rear frame rail reinforcements, rocker outer
CP1050/1470	Rocker panels, bumper beams