杨晓明　陈晓刚　张玉超　王昊

【摘 要】目前，汽车行业的发展非常迅速，尤其是轿车，中国已经发展成为继美国、日本之后的世界第三大汽车生产以及消费国。汽车在给人们的出行带来便利的同时也对环境和交通带来了不利影响。因此，需要大力研发“环境友好型汽车”，而加强汽车轻量化的应用则能有效地解决这些问题。本文将主要围绕高强板在汽车轻量化上的应用展开论述。

【关键词】高强板；汽车；轻量化；应用

1.关于汽车轻量化的思考

据测算，2016年世界汽车年产量增加到1亿1千5百万台。而增加部分的一半多将来自中国。中国生产的汽车的节能减排水平将对世界汽车排放总量产生重大影响。中国汽车轻量化技术与世界水平的比较：乘用车重5-10%；商用车重17%左右。在影响车身重量主要因素重，汽车材料占70%的比重，而高强钢板在相同力学性能条件下的板厚是传统钢板的65%，这样就能在不增加成本，甚至降低成本的前提下，使用高强钢板来减轻车身重量。以下我们就对此做简要的阐述。

2.汽车用高强钢板的分类

2.1双相钢

DP钢板已经有30年商业化开发历史，具体包括热轧、冷轧、电镀以及热镀锌产品。DP钢板的组织是铁素体与马氏体，马氏体在5%-20%范围内，随着马氏体含量的不断增加，强度线性也随之增加，强度的范围为500-1200 MPa。双相钢不仅具有AHSS钢的共性特点，同时还具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、没有屈服延伸以及室温时效等优点。DP钢一般应用在需高强度、高抗碰撞吸收能并且成型要求也非常严格的汽车零件，比如，车轮、保险杠、悬挂系统以及加强件等零件。随着钢种性能以及成型技术的不断发展与进步，DP钢被广泛地应用在汽车的内外板等零件上。DP钢用途的扩大促使生产产量的不断增加，根据有关的数据资料统计显示，2000年汽车使用DP钢订单比1996年的订单量增加了20倍，并且有进一步提升的趋势。DP钢的成分包括C和Mn等物质，可以根据生产工艺的不同适当地增加Cr和Mo等元素，将C曲线向右移动，从而有效地避免冷却时析出珠光体以及贝氏体等组织。目前双相钢的发展包括：开发应用在汽车外板的低级别双相钢系列，双相钢的抗拉强度为450～600MPa；根据零件的具体要求，开发具有个性化的钢种，比如，高可焊性DP钢、高扩孔型DP钢以及高屈强比型的DP钢等钢种；开发800-1000MPa超高强度级别的热镀锌DP；目前研究的重点是热镀锌的可镀性；研究采用CSP等新的工艺生产双相钢。

2.2 TWIP钢

目前，国内外研究的重点是TwIP钢的高强度和高塑性钢。TwIP钢的主要成分一般是Fe，需要添加质量分数为159/6-309/6的Mn元素，并且需要加入一定量的Al元素和Si元素，有时也需要添加少量的Ni、V、Mo、Cu、Ti以及Nb等元素。TwIP钢的强度能够达到1000 MPa以上，伸长率也可以达到60-95。在使用TWIP钢时，无外载荷，冷却到常温下的组织是稳定的残余奥氏体，但是增加了一定的外部载荷之后，由于受到应变的影响产生了机械孪晶，也会产生大的无颈缩延伸，表现出了非常高的力学性能，并且具备较高的应变硬化率、塑性以及强度。由于添加了大量的Al元素，钢的密度逐渐降低。国外的研究从第一代的Fe-25Mn-3Ab3Si-0.03C系再到第二代的Fe-23Mn-0.6C系直到现阶段的Fe-26Mn-11A1-1.1C以及Fe-6A1-0.05Ti-0.05Nb-0.002B系。目前，研究的不仅是TWIP钢的成分体系，同时需要研究TWIP钢的生产工艺以及使用技术。TwIP钢的研究在欧洲以及韩国比较热，而日本和美国则不看好TWIP钢未来的发展前景，而宝钢的高强度汽车板已经发展成系列化，宝钢600MPa以下级别的高强度钢板已经非常齐全。

2.3超高强度钢板的热成型

某些钢板常温下的强度不很高，抗拉强度仅有500～700MPa， 塑性、可成形性等性能也很好，而通过热成形工艺的加热、成形、冷却后，成形件被淬火，微观组织转变成马氏体，强度、硬度等指标大幅度提高，屈服强度可以达到1000MPa以上，抗拉强度达到1500MPa，硬度可以达到50HRC。塑性指标明显下降，比如成形前这种高强度硼合金钢板的伸长率一般在24%以上，而成形后零件的伸长率只有8%左右。

2.4相變诱发塑性（TRIP）钢

近几年，开始开发TRIP钢这种商业化的钢种，TRIP钢具备高度的强塑积，其主要应用与要求具备高碰撞吸收性能的零件，比如纵梁等。TRIP钢具有高伸长率的特征，其本质是应对诱发残余奥氏体逐渐转变为马氏体，同时引起了体积膨胀，随着局部的加工硬化指数的不断增加，引发变形，并且很难集中在局部的区域，因此，出现了均匀而分散的变形，最终达到了强度与塑性高度统一的目的，妥善地解决了强度与塑性之间的矛盾。在生产TRIP钢时，应该在贝氏体区域等温保持一段时间而形成贝氏体以及富C的奥氏体，其成分主要包括C、Si以及 Mn等物质，Si物质的主要作用是有效地抑制贝氏体转变时析出渗碳体。随着钢板强度的不断增加，需要添加一些微合金元素，比如Nb元素，Nb元素在细化铁素体晶粒的同时也没有对残余奥氏体的稳定性产生任何影响。残余的奥氏体的量在达到一定值之后才能起到诱发塑性的效果，残余的奥氏体的转变不仅与应变量有着密切的关系，同时也与温度有着联系。当残余的奥氏体的体积分数为2.3%时，随着温度的不断变化，钢板伸长率的变化较小，当残余的奥氏体的体积分数增高到6.5以及8.5 时，在-10℃-60℃的范围内，伸长率变化比较明显。随着应变的增加以及温度的降低，残余的奥氏体的转变量也在逐渐增加。

3.小结

综上所述，汽车轻量化项目的相关研究结果显示，钢铁行业通过技术的创新，尤其是先进的高强度刚被你以及新加工技术的广泛应用，为汽车行业的生产安全、轻量、廉价以及环境友好的汽车创造出了合格的材料，并且需要择优选择材料。 [科]

【参考文献】

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