探索第一代与第二代高强度汽车用钢的力学性能与应用前景

第一代高强度汽车用钢主要是指高强度IF钢、双相钢（DP）、相变诱发塑性钢（TRIP）和马氏体钢等，抗拉强度为200～1500MPa。

第二代高强汽车用钢主要是指TWIP（双诱导塑性）钢和L-IP（轻质诱导塑性）钢。在室温下，这些钢种的结构是稳定的残余奥氏体。当施加一定的外部载荷时，由于应变感应而发生机械孪晶，产生较大的无颈伸长率。因此，它表现出非常优异的力学性能、高应变硬化率和极高的塑性（60%~90%）和高抗拉强度（600~1000MPa），被称为第二代高强度汽车钢。但锰含量达到25wt%，铝含量超过3wt%，硅含量在2wt%至3wt%之间。

第一代汽车钢板的强塑性面积一般为15GPa%，其轻量化和安全指标很低。虽然第二代汽车用钢的强塑性面积达到50GPa%，但由于合金含量高、工艺复杂，生产成本居高不下，难以被市场接受。所谓第三代汽车用钢，是指比第一代汽车用钢具有更高的轻量化和安全指标、比第二代汽车用钢更低的生产成本的高强高塑钢。 QP钢是主要代表。

2009年，中钢研在实验室研制出兼具高强度和高塑性的第三代汽车用钢。其抗拉强度是第一代汽车用钢的四倍，延伸率达到35%，但其合金含量不到三分之一，第二代汽车用钢成本仅比第一代汽车用钢略高。 2010年下半年，太钢公司在生产线上开发了第三代汽车用热轧卷板和冷轧板，实现了部分生产技术的固化和定型。

在欧洲、美国、日本、韩国等汽车工业发达的国家，汽车用钢约占钢铁总产量的15%左右。如果我国汽车用钢量能达到这个比例，一年就上亿吨，产值可达上千亿元。

第三代先进高强度钢：淬火球墨钢（QP钢）

QP钢，又称淬火延性钢、淬火分配钢、淬火碳分配钢（Quenching-Partition Steel）。 2003年，JGSpeer等首先提出QP钢的概念。

QP工艺开发基于对马氏体/奥氏体混合结构中碳扩散规律的新认识和认识，目的是获得具有TRIP效应的更高强度钢。

QP钢属于第三代先进汽车用高强度钢。一般可达到的力学性能范围为：抗拉强度800～1500MPa，伸长率15%～40%。

工艺原理

QP（淬火配分）钢的工艺原理是将钢加热到奥氏体化区（或两相区）并等温保温一段时间，然后快速冷却到Ms（马氏体转变起始温度）和Mf（马氏体相变起始温度）钛相变终止温度（Ms）与保持温度之间的淬火温度QT，以产生适量的马氏体，然后升温至分配温度PT高于Ms温度，并恒温一段时间，以保证残余奥氏体富碳过程完成。

QP钢的室温组织

QP钢的室温组织主要为贫碳板条马氏体和富碳残余奥氏体。

马氏体组织保证了钢的强度，而残余奥氏体由于变形过程中的相变诱发塑性而提高了钢的塑性。该钢的强度可达1500MPa，而相应的延伸率仍为15%。

彩色晶粒对应于奥氏体，亮灰色晶粒为一次淬火马氏体（已分配），深灰色晶粒为二次淬火马氏体（未分配）。

目前，宝钢QP钢已开发出无涂层、热镀锌、镀锌合金等不同产品类别； 980MPa、1180MPa等不同强度等级；并形成了较为齐全的产品系列，具有高塑性、高扩孔等不同的性能特点。可以满足不同用户的个性化需求。

中锰钢是主要特征，例如C：0.1~0.2wt%、Mn：4.5~5.5wt%、Al：0~0.05wt%、Si：0~0.1wt%。 CN108866296A

热成型硼钢（非常热，但本质上是第一代汽车钢板）

这是一项古老的技术，属于第一代，但目前在研究中更受欢迎，因为它是高强度钢材成形问题的现实解决方案。由于蒂森克虏伯和安塞尔米塔尔在AL-Si涂层技术方面的专利壁垒，我国在出口汽车上使用热成型硼钢存在困难。但近年来，开发不需要涂层的抗氧化热成型钢在国内已成为热潮（攀钢、北京科技大学、北京理工大学重庆研究院）。 CN114130842A、CN114540712A、CN116200655A等均值得关注。 Si+Cr：2.0～4.0%，B：0.0015～0.0040%，稀土含量0.0015～0.0040%。热成型后金相组织为马氏体，屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥6%，热成型后无氧化皮脱落，氧化层厚度在2μm以内，点焊工艺窗口≥1.0KA，涂漆后漆膜附着力等级低于ISO 2409-2013标准要求的1级。

主要原则

Si是钢中重要的间隙固溶强化元素。它可以增加相变过程中C的活性，促进C从铁素体向残余奥氏体的扩散，提高奥氏体的稳定性，促进后续马氏体的形成。同时Si还能提高马氏体钢的回火稳定性，减少马氏体钢的过时效。另外，Si在热成型过程中能形成致密的氧化膜，抑制钢板表面氧化膜的继续生长，从而提高钢材的抗高温氧化能力。

Cr能提高钢的淬透性，促进马氏体转变。同时Cr还能提高钢的高温抗氧化能力。

微量B可显着提高热成型钢的淬透性，获得马氏体组织。然而，当B含量较高时，晶界偏析的风险较大。因此，B含量控制在0.0015-0.0040%

微量稀土可以通过形成细小的析出相来细化铸造组织，或者对原始奥氏体起到钉扎作用，促进奥氏体再结晶和铁素体细化。此外，稀土有利于改善钢材热成型时的性能。形成致密的氧化膜，提高氧化膜与基体的结合力。然而，当稀土含量较高时，形成大尺寸氧化物或硫化物夹杂物的风险较大。因此稀土含量设计为0.0015～0.0040%