汽车车身结构用钢的研发动向

汽车车身结构用钢的研发动向在全球能源和环境的巨大压力下，汽车材料向多元化发展的趋势日益明显。以铝合金和塑料为代表的轻质材料在汽车行业的应用和推广，使得钢在汽车中的使用比例不断下降。这种多元化的新材料竞争，对钢铁在汽车业上的应用形成很大的压力，而这正是促进钢铁新材料开发的动力。事实上，每千克钢材生产全过程排放的温室气体CO2数量，远低于生产每千克铝材所排放的温室气体；同时，冷轧铝合金板的价格是冷轧钢板的8倍以上，因此，钢铁材料不仅在强度、塑性、成形、抗冲撞能力等综合性能方面仍然具有竞争能力，而且在生产排放、再循环、低成本和性价比方面具有显著优势，这使得钢铁在21世纪仍将继续保持其汽车材料的主导地位。在新一代超轻钢汽车的开发中，正在积极研发先进高强度钢，其中，最有代表性的是相变诱导塑性（TRIP）钢、淬火-分配（Q-P）钢和孪晶诱导塑性（TWIP）钢。这些先进高强度钢的一个重要特点是：它们不再采用传统的强化途径(包括固溶、位错、晶界、析出等)，而是采用新的动态强塑化机理，包括应变诱导相变和应变诱导孪晶等新途径，获得了高强度条件下的高塑性，摆脱了传统强化方法所难以避免的提高强度而牺牲塑性或者为提高塑性和成型性而降低强度的困境，在高强度钢板难以成形和超深冲钢板走到强度最低点的困惑中，为汽车车身构件材料向高强度、轻量化、高塑性、可成形的发展开拓出全新的道路。在相同的强度水平下，相变诱导塑性钢（TRIP）是目前所有低合金高强度钢中塑性水平最高的材料。在强度比低碳软钢提高2~3倍以上的条件下，TRIP钢的伸长率仍然可以达到低碳冲压级软钢的性能指标(34%)，而比强度水平相同的双相钢DP高10%。TRIP钢的应变硬化指数n值可以达到超深冲级IF钢的性能指标，保证了材料在高强度下的拉延性能。TRIP钢的强塑积高达20000~25000MPa%，是传统高强度钢的两倍，显著提高了构件的抗冲撞能力。高锰含量(15%~25%Mn)和硅或铝的添加可获得孪晶诱导塑性钢（TWIP），TWIP钢在常温下保持奥氏体组织，主要变形方式为晶内孪晶，导致很高的即时应变硬化率；同时形成大量孪晶界细化晶粒，从而提高了强度，因此具有极高的强塑性。典型的TWIP钢在抗拉强度高达800MPa的条件下，伸长率可以达到60%~70%，强塑积可以达到48000MPa%以上。淬火分配钢（Q-P）将钢板从奥氏体淬火至马氏体点以下，而后进行等温分离处理使奥氏体富碳并在室温下稳定化，因而获得铁素体、贝茵体、马氏体和残留奥氏体等多相组织，使冷轧钢板具有高强度和良好的延塑性。Q-P钢的抗拉强度可以达到1000、1200和1400MPa，强塑积水平较高，在高应变速率下能够吸收大量的冲击能量，具有优良的抗冲撞性能。目前Q-P钢是先进高强度钢汽车板最前沿的热点开发领域。(一员)