汽车行业节能减排与安全化要求下，复相钢的开发及应用迫在眉睫

1.研究背景和问题

2009年，我国汽车产销量位居世界第一，汽车产业在成为国民经济支柱产业的同时，也带来了能源消耗、环境污染、安全事故等一系列社会问题，汽车产业升级要求迫在眉睫。

汽车安全法规日趋严格，对车身安全性的要求大大提高，双相钢、复杂相钢等大量超高强度钢得到广泛应用，与双相钢相比，复杂相钢具有优异的弯曲、扩孔性能、疲劳耐久性能、碰撞吸能性能，应用于汽车关键零部件，对提高整车安全性能发挥着不可替代的作用。

受限于生产线设备能力和产品高质量要求，我国复杂相钢的开发应用与国外存在较大差距，项目启动之初，国内复杂相钢产品及相关标准尚属空白，汽车用户长期依赖蒂森、阿塞洛、神户等国外钢铁公司进口产品，国外先进钢铁公司较早开始复杂相钢研究，而中国汽车行业长期面临交货周期长、售后服务不及时等问题，极大地制约了行业的发展。

具体来说，复相钢通常包括两类产品，冷轧复相钢主要用于制造对刚度、强度、抗撞击性能有极高要求的门槛、保险杠、座椅导轨等安全结构件，热轧复相钢主要用于制造对成形、疲劳性能有较高要求的控制臂、拖曳臂等底盘核心承力部件，近年来，国内钢铁企业在复相钢生产研发方面积累了一定的经验，但国内外仍然存在一些问题尚未得到有效解决，主要包括：

1、传统热轧复相钢采用微合金成分体系设计，通过卷取温度控制相变，获得铁素体+贝氏体+残余奥氏体等复杂相组织，但扩孔率与伸长率呈负相关性，在满足高扩孔率（≥40%）与高延展性（≥12%）要求存在技术矛盾，如某国际知名高端品牌复杂成形件在生产时，伸长率低、扩孔性能差，热处理不足导致的冲压开裂率高达4%。另外，在传统控冷理念下，相同终轧/卷取温度但不同冷却路径下，组织差异较大，导致扩孔率和伸长率波动较大。

2、传统冷轧复相钢采用“高碳含量+高温退火”工艺，获得少量铁素体+贝氏体+马氏体+少量残余奥氏体的复相组织，但高温加热、快速冷却容易造成温度不稳定，从而引起材料性能的波动。另外，高碳复相钢组织呈带状，对弯曲要求较高的零件适用性一般较差，如某知名国际一流配套商用进口料加工某零件时，弯曲开裂率高达8%，难以满足门槛、滑轨等零件高弯曲性能的成形要求。

3、超高强度复相钢在冷轧生产时变形抗力起点高，极端厚度、宽度规格轧制力极大，导致带钢板形问题突出。如国外某先进钢铁公司热镀锌复相钢极端厚度、宽度规格的板形度只能达到5mm/2000mm，由于板形不良，最终零件空间尺寸合格率仅为90%，严重影响门槛等零件的装配精度和碰撞安全性。

4、超高强度复相钢零件生产过程中，存在翻边、扩孔等边缘成形工序较多，极易引发冲压边裂质量问题，由于边裂敏感性及零件冲压边裂预测技术不完善，缺乏边裂敏感性评价体系及相应的材料解决方案，典型零件冲压边裂率达5%，目前国际上往往被迫采用改进模具或激光切割等方法解决此类问题，成本大幅增加。

2. 解决问题的思路和技术方案

本项目以高性能复杂相钢需求为切入点，总体思路如图1所示，通过对材料扩孔/拉深与局部成形协同控制机制创新，提出组织调控新思路，实现复杂相钢综合力学性能的提升；通过轧制工艺、退火工艺、板形控制工艺等创新，提高复杂相钢性能稳定性和极端规格产品板形质量。在以上机制创新和工艺创新的基础上，最终实现高性能复杂相钢。另外，为解决复杂相钢零件生产过程中的关键瓶颈问题，建立了基于零件成形方式的材料边裂敏感性评价方法和冲压边裂预测方法，保障汽车关键结构件稳定生产，满足汽车轻量化、更安全化的需求。

图1 项目整体概念示意图

该项目主要技术内容如下：

1、高伸长率高扩孔率复相钢组织控制技术。

2.低碳微合金化复相钢低温退火生产技术。

3.厚宽复合钢热轧、冷轧全过程板形控制技术。

4、复相钢材料边裂敏感性评价及零件冲压边裂预测方法。

三、重大创新成果

1.揭示了复相钢局部成形性能的影响机理，提出了基于细颗粒残余奥氏体和纳米析出强化铁素体的组织控制新思路，开发了热轧控制中间层冷温、冷轧低温退火复相钢生产新技术，可实现热轧800MPa级复相钢孔洞扩大率≥55%和伸长率≥12%，冷轧1000MPa级复相钢180°弯曲半径达到0t。

2、形成了针对极端规格冷轧复相钢的“热轧-层冷过程板形协调控制+大轧制力冷轧板形控制域优化”的全过程板形控制技术，解决了高轧制载荷下的板形问题，实现了直线度≤2mm/2000mm，制造零件尺寸合格率提高到96%以上。

3.发明了基于材料的边裂敏感性评价方法和基于零件成形方式的等效极限预测方法，揭示了材料物理性能对边裂的影响，实现了材料与零件结合的提前预测，冷弯复相钢边裂率降低至0.2%以下。

四、应用及效果

项目开发的汽车用高性能复杂相钢已在国内外多家主机厂批量应用，其中冷轧热镀锌复杂相钢市场占有率超过60%。

项目研制的冷轧CR780Y980T-CP-GI、热轧HR660Y760T-CP-UC（HR800CP）产品在国内首次通过国际知名汽车公司全球材料认证，并应用于该汽车公司多款车型，实现了向多家海外钢铁公司供货的目标，实现了材料国产化和部分零部件独家供应，解决了2.2mm厚度宽度极限进口产品供应不足和3.2mm HR660Y760T-CP-UC复杂成形控制臂冲压开裂问题。

项目开发的冷轧CR660Y780T-CP-GI、HR1000CP产品均为国内首次上市，其中CR660Y780T-CP-GI产品为亚太地区唯一通过国际知名汽车公司全球材料认证并在多款车型上批量应用，HR1000CP产品为国内唯一批量应用产品；CR900Y1180T-CP-GI被纳入知名汽车企业新车型材料计划，推动该汽车企业全球冷弯高强钢部件强度首次提升至1200MPa级。

项目开发的冷轧HC900/1180CP产品在国内首次上市，并批量应用于国内自主品牌门槛梁部件，具有优良的回弹控制精度和尺寸精度，与进口材料性能相当，从而替代了进口产品。

项目开发的冷轧HC780Y980T-CP产品已在国际知名一级供应商批量应用，用于生产座椅导轨、座椅侧板等安全结构件，替代了进口产品，为供应商客户提供了良好的替代产品，为重点车型的顺利量产提供了可靠保障。

首钢高屈强比CR660Y780T-CP在某车型上使用

首钢CP980与进口CP980弯曲性能对比

边缘裂纹敏感性准则