現代汽車制造業的核心是安全和環保，對車身要求“提高強度、減輕重量”。先進高強度鋼在這種背景下蓬勃發展，大量應用于汽車車身的結構件、安全件上。

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汽車用高強鋼類型

1、雙相鋼 （DP鋼，Dual Phase Steels）

2、複相鋼 （CP鋼，Complex Phase Steels）

3、相變誘導塑性鋼 （TRIP鋼，Transformation Induced Plasticity Steels）

4、馬氏體鋼 （MS鋼，Martensitic Steels）

5、淬火延性鋼 （QP鋼，Quenching and Partitioning Steels）

6、孿晶誘發塑性鋼 （TWIP鋼，Twinning Induced Plasticity Steels）

7、硼鋼 （PH鋼或B鋼，Press Hardening/Boron Steels）

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▇ 複相鋼（CP鋼）

性能特點：晶粒細小，抗拉強度較高。與同級别抗拉強度的雙相鋼相比，其屈服強度明顯要高很多。具有良好的彎曲性能、高擴孔性能、高能量吸收能力和優良的翻邊成形性能。

典型應用：底盤懸挂件，B柱，保險杠，座椅滑軌等。

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▇ 相變誘導塑性鋼（TRIP鋼）

性能特點：組織中含有殘餘奧氏體，有良好的成形性能。在成形過程中殘餘奧氏體會逐漸轉變為硬的馬氏體，有利于均勻變形。TRIP鋼還具有高碰撞吸收能、高強度塑性積和高n值的特點。

典型應用：結構相對複雜的零件，如B柱加強闆、前縱梁等。

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▇ 馬氏體鋼（MS鋼）

性能特點：屈強比高，抗拉強度高，延伸率相對較低，需要注意延遲開裂的傾向。具有高碰撞吸收能、高強度塑性積和高n值的特點。

典型應用：簡單零件的冷沖壓和截面相對單一的輥壓成形零件，如保險杠、門檻加強闆和側門内的防撞杆等。

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▇ 淬火延性鋼（QP鋼）

性能特點：以馬氏體為基體相，利用殘餘奧氏體在變形過程中的TRIP效應，能實現較高的加工硬化能力，因此比同級别超高強鋼擁有更高的塑性和成形性能。

典型應用：适用于形狀較為複雜的汽車安全件和結構件，如A、B柱加強件等。

▇ 孿晶誘發塑性鋼（TWIP鋼）

性能特點：TWIP鋼為高C、高Mn、高Al成分的全奧氏體鋼。通過孿晶誘發的動态細化作用，能實現極高的加工硬化能力。TWIP鋼具有超高強度和超高塑性，強塑積可達50GPa%以上。

典型應用：TWIP鋼具有非常優越的成形性能和超高強度，适用于對材料拉延和脹形性能要求很高的零件，例如複雜形狀的汽車安全件和結構件。

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▇ 硼鋼（PH鋼或B鋼）

性能特點：超高強度（抗拉強度達1500MPa以上），有效提高碰撞性能，車身輕量化；零件形狀複雜，成形性好；尺寸精度高。

典型應用：安全結構件，如：前、後保險杠、A柱、B柱、中通道等。

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汽車用鋼的演化曆程

自19世紀末期，即1885年德國工程師Karl Benz設計出第一台由内燃機驅動的汽車以來，鋼開始在汽車制造過程中得到應用。在20世紀初，随着鋼闆/鋼帶生産技術的出現及其複雜成型加工技術的突破，汽車結構中的木質部件逐漸被鋼闆/鋼帶所取代。随後的百年曆史中，鋼闆/鋼帶成為汽車制造過程中的主導材料。随曆史時期的不同，結合相應的國家戰略、消費需求及技術能力，演化出一系列的汽車用鋼材料，具體如圖1所示。首先在汽車中得到應用的是低碳鋼（Low Carbon，LC）和無間隙原子鋼（Interstitial Free，IF），在當時這兩類低強鋼能滿足強度、成型性、成本和設計的需求。直到1970年左右北美石油危機事件，汽車工業為應對能源問題，開始開發高強度鋼來實現減重節能。自此之後，便進入到汽車鋼闆強度級别不斷提高的良性循環時段。特别是在目前全球汽車輕量化的大趨勢下，鋼鐵業内工作者也在為之不斷的努力。

汽車用鋼闆的分類

▇ 傳統高強鋼

傳統高強鋼以烘烤硬化鋼（Bake Hardenable，BH）為主，其力學性能如圖2所示。在沖壓成型後的烤漆過程中實現強度的提高。沖壓過程中的應變硬化程度，對後續烘烤過程中強度的提高有明顯的影響。成型過程中的應變硬化，主要是基于形變引起的位錯密度的提高。烘烤過程中強度的提高，是基于該過程中原子的擴散導緻的對後續位錯運動的阻礙。成型方式和成型過程引起的應變量的不同，均會對烘烤硬化效果産生一定的影響。

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▇ 典型第一代先進高強鋼及其控制技術

第一代先進高強鋼以雙相鋼（Dual Phase，DP）和相變誘導塑性鋼（Transformation Induced Plasticity，TRIP）為主。

DP鋼，故名思議是由兩種相組成，可為鐵素體 貝氏體或鐵素體 馬氏體，其組織示意圖如圖3所示。鐵素體作為軟相，保證其具有一定的塑性，易成型；貝氏體/馬氏體作為硬相，使其具有合理的強度。

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▇ 典型第二代先進高強鋼及其控制技術

第二代先進高強鋼以攣晶誘導塑性鋼（Twinning Induced Plasticity，TWIP）為主。TWIP鋼，是基于形變過程中由于奧氏體相的變化，形成的機械攣晶，如圖5所示。由于攣晶的形成，可吸收碰撞過程中的能量。其基本成分為18%Mn-3%Si-3%Al，當然随不同部件對各相性能的關注點不同和生産過程中的瓶頸問題，該成分可做出适當的調整。

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▇ 第三代先進高強鋼的發展

第三代先進高強鋼，是基于第一代與第二代高強鋼區域之間的空白，開發具有高強高塑性的綜合性能優良的品種，如目前國内外的研究熱點Q&P（Quenching and Partition）鋼。Q&P鋼的室溫組織為鐵素體、馬氏體和奧氏體，其設計原理是在淬火到一定溫度形成相當數量的馬氏體後，存在一個二次加熱過程，如圖6所示，在該過程實現馬氏體内碳原子向殘留奧氏體内的擴散，從而提高其穩定性。由此工藝生産的高強鋼，其強塑積可遠超第一代和第二代先進高強鋼。

汽車用鋼的發展趨勢及研究熱點

通過高強鋼的應用，車身各部件可以實現減薄的同時不損失強度。在歐美已達成一緻，車身結構通過600MPa/40%到1600MPa/20%高強鋼的應用，車身重量可以至少減少5-8%，這給此性能範圍内各系列高強鋼的發展帶來了機遇。

對于下一步汽車用鋼的發展方向和研究議題，國際NSF組織（National Steel Fabrication）、美國DOE（Department of Energy）能源部、美國AISI鋼鐵協會（American Iron and Steel Institute）和A/SP（Auto/Steel Partnership），在大學和科研院所等機構提出如下研究領域：

先進高強鋼的微觀組織和機械性能；

先進高強鋼的碳擴散過程；

先進高強鋼的粒子尺寸及界面效應；

先進高強鋼中的納米針狀鐵素體型雙相鋼；

高強高塑貝氏體鋼；

先進高強鋼的成型性及回彈行為；

先進高強鋼的相應模型。

需求會促進相關技術的進步，技術的進步同樣會刺激需求的提高。輕量化的大趨勢，會促進鋼鐵界技術的不斷進步，從而為更先進鋼闆的應用創造條件。下一步汽車用鋼的發展方向，或者說在當今時期更為理想的汽車鋼闆材料，應具備如下條件：低碳（高的焊接性）、低成本（低合金量的添加）、高成型性、易于裝配和維修。現如今各系列的車用高強鋼，都普遍存在一定的局限性，成分差異大、表面質量不統一，都為最終的塗裝等帶來一定的難度。今後對各類材料的評價，應從全流程的角度來考慮，這樣才能設計生産出既好又實用的産品。

來源：中國鋼研戰略所

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