第3代先进高强度汽车用钢：微观组织特点及国内研究进展？

这种新型高强钢兼具前两代同类材料的微观构造特征，其核心构成是高强BCC相与富含高强化FCC相的复合体，具体表现为BCC与FCC的混合组织，同时借助晶粒细化、固溶强化、析出强化以及位错强化等多种方式来增强力学性能，并运用应变诱导塑性、剪切带诱导塑性及孪晶诱导塑性等机制来改善延展性与加工适应性。

我国国内对于第3代高强度汽车用钢的研究处于国际前列。二零一二年，得益于国家“973”计划项目子课题“第3代高强高韧低合金钢精细组织的研究”资助，国内着手进行第3代先进汽车用钢的研制：采用基于动态相变的热轧低合金TRIP钢技术，对合金成分实施设计并优化工艺，借助补充微合金化元素或调整锰、硅成分，成功研制出晶粒细小且力学性能指标符合第3代先进汽车用钢标准的TRIP钢。

宝钢从2002年起着手超高强度钢材的研发工作，经过十年时间的研究，掌握了第三代高延展性超高强度钢材即淬火延性钢的工业化制造技术。2010年，宝钢向世界推出了第3代Q&P980钢材（淬火成分调整钢）。2013年，宝钢又向全球推出了第3代热浸镀锌Q&P980钢材。现阶段，宝钢是国际上仅有的能够稳定供应第三代超高强钢的企业，并且是现今全球唯一能够工业化制造第一代、第二代以及第三代全部系列超高强钢的钢铁公司。

目前所有超高强度钢的研发路径都指向一个目标，那就是形成具有高强度的基体结构，并且产生数量充足的奥氏体，而且奥氏体的稳定状态需要能够调控，对于第三代汽车用钢的热处理工艺，一般采用两种方法来获取奥氏体相，分别是逆相变法和正相变法合金成分配置时，倾向于添加更多奥氏体强化成分，而制造流程则借助特定技术改善母材构造，例如借助贝氏体等温急冷技术获取纳米贝氏体，借助淬火分配技术形成含碳量分布的马氏体，借助两相区回火技术得到细晶粒铁素体。以中锰合金钢、水淬韧性钢、微粒钢、热成形用钢等为代表的最新一代汽车高强钢材目前正处在试验阶段。

2.1中锰钢

中锰钢的微观构造包含极细小的铁素体和暂时存在的奥氏体，这种钢种虽然抗拉性能优异，但延展性相对不足，关键原因在于大部分粗大的奥氏体内部锰元素分布不均，当其经历后续降温至常温阶段时，便转变成了马氏体组织。当进行退火处理时，如果温度设定得过低，其抗拉指标会随之降低，并且加工硬化能力也会减弱，与此同时，部分实验记录到出现了非常长的屈服变形过程，这主要是因为形成了相当数量的微晶铁素体结构。在实施居中温度回火时，回火后的组织里含有许多亚稳态的奥氏体，这导致中锰钢表现出优异的强度，同时具备良好的延展性以及加工强化能力，经过反向相变工艺处理的中锰钢，其微观构造随回火时长的增加而变化，时长范围从1毫秒到12小时，奥氏体的比例逐步上升，最终能够达到33.7%。

2.2淬火延性钢

热处理工艺通过让钢材部分转变为马氏体，再进行恒温处理，促使碳原子从马氏体移至未转变的奥氏体，增强奥氏体的稳定性能，这种工艺被称为配分处理，也称作淬火配分工艺。Q&P钢的内部结构由马氏体和残余奥氏体构成，部分低强度Q&P钢还混有铁素体成分，这种成分构成与传统添加硅元素的TRIP钢相似。在相同力度等级上，Q&P钢材与经贝氏体等温淬火工艺制成的无碳贝氏体TRIP钢材，两者均具备独特之处，互有长处。

3.纳米钢

纳米钢企业（NanoSteel）积极推广其研制的纳米构造铁质材料，早先的资讯曾介绍过运用非晶态合金，诸如某些超高级合金，通过低温结晶方法获取纳米晶体，不过当前该领域的研究进展具体情况，尚未向材料学界公开。

4.热冲压钢

热冲压钢普遍选用C-Mn-B作为化学构成，主要用来制造一些成型困难的传统高强度钢制品，其常温下的组织形态为高强度的马氏体结构。虽然配套的热冲压技术已经成熟，但镀层热冲压钢等新型材料的研发正持续升温。一旦通过新型AHSS技术使带钢强度提升至同等水平（例如超过1500兆帕），冷成形钢就会展现出强大的市场优势，所以目前很难预判热冲压钢未来的走向。需要特别关注的是，随着第三代AHSS技术的进步，如果能够掌握恰当的工艺调控方法，并且融合多种新的热处理方案，新一代热冲压材料将迎来突破。现阶段，Q&P工艺已被引入到热冲压技术的探索中。实验表明，与采用常规马氏体结构的热冲压构件相比，经过Q&P工艺处置后，其延展性显著增强，即断裂前能够吸收更多能量。此外，有较高Mn含量的合金也能应用于热冲压的研究中。

5.结束语

本文概述了高强汽车钢材的发展历程与当前状况。传统第1代高强汽车钢材如CP钢、DP钢等，对汽车减重有显著作用，迅速普及于汽车制造之后，各国开始期待未来更高强度钢材的潜力，并持续投入研发第2代及第3代高强汽车钢材。目前研究较成熟的新型汽车钢材包括马氏体钢与Q&P钢等。新一代高强度汽车用钢的探索尚未全面完成，尤其在该材料的热物理特性研究领域还存在诸多未解之谜，致使连铸过程中的核心工艺变量难以精确设定，不过鉴于汽车行业发展趋势和环保压力的双重驱动，预计第三代高强度汽车用钢将迎来更系统化的研究，并且会在实际生产中得到普遍应用，这种局面几乎无可避免。