钢铁博客 | 什么是“第三代先进高强度钢”?

2022-04-21 15:51

在更新《先进高强度钢应用指南》的过程中,一项我们非常认真谨慎完成的工作是定义了第三代先进高强钢(3rd Gen AHSS)的构成。此前,我们曾多次被问到这个问题,而我们的技术编辑们对此经常给出各种不同的答案。因此,我们将其作为本次AHSS指南工作组讨论议题的一部分,而该工作组由来自世界各地会员公司的钢铁领域专家组成。下文给出了专家讨论的结果,同时也是世界汽车用钢联盟(WorldAutoSteel)最终采用的定义。

 

第一代先进高强度钢以铁素体为基体获得基础的延展性,同时含有不同数量的其他显微组织相,如马氏体、贝氏体和残余奥氏体,从而提供强度和额外的延展性。与相同强度水平的传统高强度钢相比,这些钢种具有更好的全局成形性。然而,由于显微组织之间的硬度差异较大,在某些应用过程中可能会面临局部成形性的挑战。

 

第二代先进高强度钢基本上为全奥氏体显微组织,其强度和延展性依赖于孪晶变形机制。奥氏体不锈钢具有相似的特征,因此有时也被归为此类钢种。第二代先进高强钢种通常为高成本钢种,这是由于生产中它们的轧制工艺复杂,且合金含量很高,而后者还会带来焊接方面的挑战。

 

第三代先进高强度钢(3rd Gen AHSS)为多相钢设计,因此在拉伸、剪切边和/或弯曲等试验测试中具有更好的局部成形性表现。通常,这类钢种依靠贝氏体或马氏体基体中特定比例和分布的残余奥氏体,以及可能存在的一定量铁素体和/或析出相,来获得增强的局部成形性。

 

部分汽车制造商对第三代先进高强度钢可能有专用定义,包括最低强度和延展性要求、或显微组织相的特定构成,然而全球公认的标准定义尚不存在。在2010年之前,一家钢铁制造商实现了1000 MPa抗拉强度下伸长率18%的高强度钢的小批量生产。从2010年左右开始,为了实现具有下一代性能的第三代先进高强钢的批量生产,几个国际联盟相继成立。这些组织的其中一项工作目标是开发两种产品:一种具有25%伸长率及1500 MPa抗拉强度的高强度钢种,和一种具有30%伸长率及1200 MPa抗拉强度的高延展性钢种。第一种 “优异强度/高延展性钢”通过对3%Mn含量钢进行淬火-配分(QP)处理实现了1538 MPa抗拉强度和19%伸长率。第二种“优异延展性/高强度钢”则通过10%Mn含量的成分设计实现了1200 MPa的强度目标,并以37%的伸长率超过了延展性目标。

 

另一项在欧洲开展的工作是利用QP工艺生产了许多合金,其中一种达到了1943 MPa的抗拉强度,而伸长率为8%。更高的延展性也是可能的,但要以较低的强度为代价。

 

第三代先进高强度钢具有比其他同强度钢种更好的冷成形延展性。因此,在某些应用方面它可以作为热冲压成形钢的冷成形替代品。此外,虽然第三代钢是为冷成形加工设计的,但有些钢种同样也适用于热冲压工艺。

 

和所有钢铁产品一样,第三代先进高强度钢的优良性能来自于化学成分与轧制工艺的配合。实现第三代先进高强度钢性能的路径并不是惟一的——钢铁制造商们可以使用各自的不同特点、限制和控制能力的现有生产设备。即使对于同一个汽车主机厂(OEM)的规范,钢铁制造商也可采取不同的途径来尝试满足这些要求,而这可能会导致每个合格供应商的产品性能落入允许范围的不同区间内。制造商在切换供应商时也应当谨慎,因为即使切换前后的产品性能均符合OEM规范,基于某一组性能调整的模具和工艺在切换到另一组时,可能也会出现异常。

 

目前有三种常见类型的第三代先进高强度钢处于可用或评估状态。这三类钢种均依赖于相变诱导塑性(TRIP)效应。将QP工艺应用于以下其他钢种也可能会开发出具有额外优良性能的钢种。

 

 

TRIP效应贝氏体铁素体钢(TBF)和无碳化物贝氏体钢(CFB)

 

TBF和CFB本质上是对同一钢种的不同表述,一些组织将增强塑性双相钢(DP-HD, 或 DH)也归于此类钢种。这种生产工艺可以获得超细贝氏体铁素体晶粒,从而实现较高的强度,而显微组织中的奥氏体能够起到相变诱导塑性效应,带来增强的延展性。

 

淬火配分钢(Q&P或简称QP)

淬火—配分描述的工艺路线使钢中显微组织含有马氏体和大量的残余奥氏体。淬火温度决定了马氏体和奥氏体相的相对比例,而配分温度能够促进冷却后室温稳定奥氏体相比例的提高。

 

中锰钢(Medium-Mn,或Med-Mn)

 

中锰钢通常含有3%—12%的Mn含量,以及Si、Al和其他微合金化添加元素。合金化处理使奥氏体相在室温保持稳定,从而在冲压过程中产生TRIP效应获得增强的延展性。此类钢种目前尚未得到广泛商用。

 

最新版《先进高强钢应用指南》中包含更多关于第三代先进高强钢的信息。点击阅读原文查看本文完整内容,了解关于以上三类钢种的更多细节。

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