新闻资讯

汽车上都有些什么高强度钢，分别用在汽车哪些部位？一文全面了解汽车用钢材的前世今生！

先进高强钢及其控制技术一文全面了解汽车用钢材的前世今生！

钢造汽车对于现代人来说是最基本的常识，但是很多人对车用钢的理解还停留在低碳钢的阶段。其实虽然同为钢材，如今的车用已经不能和几十年前的车用钢同日而语。现代汽车制造业的核心是安全和环保，对车身要求“提高强度、减轻重量”。汽车上都有些什么高强度钢？一文全面了解汽车用钢材的前世今生！先进高强度钢在这种背景下蓬勃发展，大量应用于汽车车身的结构件、安全件上。近几十年对车用钢的研究一直大步向前，车用钢板越来越薄，钢材强度和耐腐蚀性能大幅提高。许多钢铁企业为了应对新材料的冲击正积极和汽车企业合作开发能够与铝合金、塑料、碳纤维复合材料抗衡的轻量化高强度钢。

但是在混杂的汽车市场，现在很多企业都说自己用了“高强度钢”，其实什么级别的钢算“高强度钢”没有一个准确定义，它的指标是随钢材强度提升过程增长的。其实就类似于如今车型名称里的“新”，什么“新XX车型”、“全新XX车型”、“新一代XX车型”都是相对于上一代说的。于是企业市场部继续发挥混淆视听大放烟幕弹，只要是300Mp级别以上的都叫“高强度钢”。都叫“高强度钢”的钢材可能强度差出一倍。

常用汽车高强钢有哪些，分别用在汽车哪些部位？汽车钢通常指：汽车大梁、汽车滾型车轮用钢、冲压薄钢板，汽车用钢品种主要包括钢板、优质钢、型钢、带钢、钢管、金属制品等。

汽车用钢中的板材是生产汽车的最主要的原材料，汽车外壳、车门、顶盖、地板、等覆盖件用薄钢板均是冷轧板，大梁、横梁、保险杠等均是热轧钢板。随着对汽车性能的要求越来越高，也对其生产所需原材料要求也越来越高，主要表现在对钢板强度、韧性等方便，高强板的应用越来越广泛！

　　汽车用高强钢类型

　　1、双相钢 (DP钢，Dual Phase Steels)2、复相钢 (CP钢，Complex Phase Steels)3、相变诱导塑性钢 (TRIP钢，Transformation Induced Plasticity Steels)4、马氏体钢 (MS钢，Martensitic Steels)

　　5、淬火延性钢 (QP钢，Quenching and Partitioning Steels)

　　6、孪晶诱发塑性钢 (TWIP钢，Twinning Induced Plasticity Steels)

　　7、硼钢 (PH钢或B钢，Press Hardening/Boron Steels)

　　▇ 双相钢（DP钢）

　　性能特点：无屈服延伸、无室温时效、低屈强比、高加工硬化指数和高烘烤硬化值。

　　典型应用：DP系列高强钢是目前结构类零件的首选钢种，大量应用于结构件、加强件和防撞件。如，车底十字构件、轨、防撞杆、防撞杆加强结构件等。

　　▇ 复相钢（CP钢）

　　性能特点：晶粒细小，抗拉强度较高。与同级别抗拉强度的双相钢相比，其屈服强度明显要高很多。具有良好的弯曲性能、高扩孔性能、高能量吸收能力和优良的翻边成形性能。

　　典型应用：底盘悬挂件，B柱，保险杠，座椅滑轨等。

　　▇ 相变诱导塑性钢（TRIP钢）

　　性能特点：组织中含有残余奥氏体，有良好的成形性能。在成形过程中残余奥氏体会逐渐转变为硬的马氏体，有利于均匀变形。TRIP钢还具有高碰撞吸收能、高强度塑性积和高n值的特点。

　　典型应用：结构相对复杂的零件，如B柱加强板、前纵梁等。

　　▇ 马氏体钢（MS钢）

　　性能特点：屈强比高，抗拉强度高，延伸率相对较低，需要注意延迟开裂的倾向。具有高碰撞吸收能、高强度塑性积和高n值的特点。

典型应用：简单零件的冷冲压和截面相对单一的辊压成形零件，如保险杠、门槛加强板和侧门内的防撞杆等。

　　▇ 淬火延性钢（QP钢）

　　性能特点：以马氏体为基体相，利用残余奥氏体在变形过程中的TRIP效应，能实现较高的加工硬化能力，因此比同级别超高强钢拥有更高的塑性和成形性能。

　　典型应用：适用于形状较为复杂的汽车安全件和结构件，如A、B柱加强件等。

　　▇ 孪晶诱发塑性钢（TWIP钢）

　　性能特点 ：TWIP钢为高C、高Mn、高Al成分的全奥氏体钢。通过孪晶诱发的动态细化作用，能实现极高的加工硬化能力。TWIP钢具有超高强度和超高塑性，强塑积可达50GPa%以上。

　　典型应用：TWIP钢具有非常优越的成形性能和超高强度，适用于对材料拉延和胀形性能要求很高的零件，例如复杂形状的汽车安全件和结构件。

　　▇ 硼钢（PH钢或B钢）

　　性能特点：超高强度(抗拉强度达1500MPa以上)，有效提高碰撞性能，车身轻量化;零件形状复杂，成形性好;尺寸精度高。

　　典型应用：安全结构件，如：前、后保险杠、A柱、B柱、中通道等。

　　 汽车用钢的演化历程

人类对于钢铁需求量的第一次飞跃是第一次工业革命时期。蒸汽机的发明使得人类第一次摆脱了繁重的体力劳动和依赖畜力进行的生产，燃料驱动的机器将人类的生产效率提高了几个等级。

从这时起，人类已经无法离开钢铁，并且对钢铁的需求与日俱增。

到了第二次工业革命，汽车诞生了，与此同时钢铁行业也跨上了一个新台阶，汽车与钢铁真正联系到了一起。时至今日，现代的汽车上虽然已经看不到“奔驰一号”的影子，但是它们仍然在使用钢铁制造，甚至是一些超级跑车。

自19世纪末期，即1885年德国工程师Karl Benz设计出第一台由内燃机驱动的汽车以来，钢开始在汽车制造过程中得到应用。在20世纪初，随着钢板/钢带生产技术的出现及其复杂成型加工技术的突破，汽车结构中的木质部件逐渐被钢板/钢带所取代。随后的百年历史中，钢板/钢带成为汽车制造过程中的主导材料。随历史时期的不同，结合相应的国家战略、消费需求及技术能力，演化出一系列的汽车用钢材料，具体如图1所示。首先在汽车中得到应用的是低碳钢(Low Carbon，LC)和无间隙原子钢(Interstitial Free，IF)，在当时这两类低强钢能满足强度、成型性、成本和设计的需求。直到1970年左右北美石油危机事件，汽车工业为应对能源问题，开始开发高强度钢来实现减重节能。自此之后，便进入到汽车钢板强度级别不断提高的良性循环时段。特别是在目前全球汽车轻量化的大趋势下，钢铁业内工作者也在为之不断的努力。

　　 汽车用钢板的分类

　　▇ 传统高强钢

传统高强钢以烘烤硬化钢(Bake Hardenable，BH)为主，其力学性能如图2所示。在冲压成型后的烤漆过程中实现强度的提高。冲压过程中的应变硬化程度，对后续烘烤过程中强度的提高有明显的影响。成型过程中的应变硬化，主要是基于形变引起的位错密度的提高。烘烤过程中强度的提高，是基于该过程中原子的扩散导致的对后续位错运动的阻碍。成型方式和成型过程引起的应变量的不同，均会对烘烤硬化效果产生一定的影响。

　　▇ 典型第一代先进高强钢及其控制技术

　　第一代先进高强钢以双相钢(Dual Phase，DP)和相变诱导塑性钢(Transformation Induced Plasticity，TRIP)为主。

　　DP钢，故名思议是由两种相组成，可为铁素体+贝氏体或铁素体+马氏体，其组织示意图如图3所示。铁素体作为软相，保证其具有一定的塑性，易成型;贝氏体/马氏体作为硬相，使其具有合理的强度。

　　▇ 典型第二代先进高强钢及其控制技术

　　第二代先进高强钢以挛晶诱导塑性钢(Twinning Induced Plasticity，TWIP)为主。TWIP钢，是基于形变过程中由于奥氏体相的变化，形成的机械挛晶，如图5所示。由于挛晶的形成，可吸收碰撞过程中的能量。其基本成分为18%Mn-3%Si-3%Al，当然随不同部件对各相性能的关注点不同和生产过程中的瓶颈问题，该成分可做出适当的调整。

　　▇ 第三代先进高强钢的发展

　　第三代先进高强钢，是基于第一代与第二代高强钢区域之间的空白，开发具有高强高塑性的综合性能优良的品种，如目前国内外的研究热点Q&P(Quenching and Partition)钢。Q&P钢的室温组织为铁素体、马氏体和奥氏体，其设计原理是在淬火到一定温度形成相当数量的马氏体后，存在一个二次加热过程，如图6所示，在该过程实现马氏体内碳原子向残留奥氏体内的扩散，从而提高其稳定性。由此工艺生产的高强钢，其强塑积可远超第一代和第二代先进高强钢。

　　汽车用钢的发展趋势及研究热点

　　通过高强钢的应用，车身各部件可以实现减薄的同时不损失强度。在欧美已达成一致，车身结构通过600MPa/40%到1600MPa/20%高强钢的应用，车身重量可以至少减少5-8%，这给此性能范围内各系列高强钢的发展带来了机遇。

　　对于下一步汽车用钢的发展方向和研究议题，国际NSF组织(National Steel Fabrication)、美国DOE(Department of Energy)能源部、美国AISI钢铁协会(American Iron and Steel Institute)和A/SP(Auto/Steel Partnership)，在大学和科研院所等机构提出如下研究领域：

　　先进高强钢的微观组织和机械性能;先进高强钢的碳扩散过程;先进高强钢的粒子尺寸及界面效应;先进高强钢中的纳米针状铁素体型双相钢;高强高塑贝氏体钢;先进高强钢的成型性及回弹行为;先进高强钢的相应模型。

需求会促进相关技术的进步，技术的进步同样会刺激需求的提高。轻量化的大趋势，会促进钢铁界技术的不断进步，从而为更先进钢板的应用创造条件。下一步汽车用钢的发展方向，或者说在当今时期更为理想的汽车钢板材料，应具备如下条件：低碳(高的焊接性)、低成本(低合金量的添加)、高成型性、易于装配和维修。现如今各系列的车用高强钢，都普遍存在一定的局限性，成分差异大、表面质量不统一，都为最终的涂装等带来一定的难度。今后对各类材料的评价，应从全流程的角度来考虑，这样才能设计生产出既好又实用的产品。

附：常用汽车钢牌号：

1、热轧及热轧酸洗钢

Q235B、Q355B、

S315MC、 S355MC、 S4205MC、 S500MC、 S550MC、 S600MC、 S650MC、 S700MC、

QSTE340TM、QSTE380TM、QSTE420TM、QSTE460TM、QSTE500TM、QSTE550TM、QSTE600TM、

B330CL、B380CL、B420CL、DP600、

SAPH310、SAPH370、SAPH400、SAPH440、SAPH41、SAPH45、SPFH490、SPFH540、SPFH590、S20C、S35C、S45C、S55C、

510L、610L、700L、

600XT、700XL、

Q550D、Q550CFD、Q690D、HG785D、HG785XYD、HG70D、HG785XYD、NM360、NM400、NM500

2、常用冷轧类:

DC01、DC03、DC04、DC05、DC06、DC07

ZSTE340、ZSTE380、ZSTE420、ZSTE460、

SPFC390、SPFC440、SPFC540、SPFC590、

B340LA、B410LA、B500LA、B550LA、

HC340LA、HC380LA、HC420LA、HC460LA、HC500LA、

H250/450DP、HC300/500DP、HC450/780DP

3、热镀锌、电镀锌

HC220PD+Z、HC260PD+Z、HC220YD+Z、HC260YD+Z

S220GD+Z、S250GD+Z、S280GD+Z、S320GD+Z、S350GD+Z、S550GD+Z、

4、低合金高强钢

HC260LAD+Z、HC300LAD+Z、HC340LAD+Z、HC380LAD+Z、HC400LAD+Z、

5、双相钢

HC250/450DP+Z、HC300/500DP+Z、HC340/590DP+Z、HC420/780DP+Z、HC550/980DP+Z、

SECC、SECD、SECE、SECCN5、

DX53D+Z、DX54D+Z、DX56D+Z、

DC51D+Z、DC52D+Z、DC53D+Z、DC54D+Z、DC55D+Z、DC56D+Z、