先进高强度钢
一、定义
  先进高强度钢，也称为高级高强度钢，其英文缩写为AHSS（Advanced High Strength Steel）。国际钢铁协会( IISI) 先进高强钢应用指南第三版中将高强钢分为传统高强钢(Conventional HSS) 和先进高强钢(AHSS) 。传统高强钢主要包括碳锰(C -Mn) 钢、烘烤硬化(BH) 钢、高强度无间隙原子(HSS -IF) 钢和高强度低合金(HSLA) 钢；AHSS 主要包括双相(DP) 钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相(CP) 钢、热成形(HF) 钢和孪晶诱导塑性(TWIP) 钢；AHSS的强度在500MPa到1500MPa之间，具有很好吸能性，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业，主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件； DP钢最早于1983年由瑞典SSAB钢板有限公司实现量产。
二、分类
1.双相（DP）钢
DP钢板的主要组织是铁素体和马氏体，其中马氏体的含量在5％～20％，强度为500～1200MPa。双相钢具有低屈强比、高的加工硬化指数、高烘烤硬化性能、没有屈服延伸和室温时效等特点。DP钢一般用于需高强度、高的抗碰撞吸收能且也有一定成形要求的汽车零件， 如车轮、 保险杠、 悬挂系统及其加强件等。双相钢的基本成分为C和Mn，有时为了提高淬透性还添加一定量的Cr和Mo。
2.高强度及高延性钢（TRIP）
TRIP钢包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品，主要组织是铁素体、贝氏体和残余奥氏体， 其中残余奥氏体的含量在5％～15％， 强度为600～800MPa。
TRIP钢具有高延伸率，同DP钢相比，TRIP钢的起始加工硬化指数小于DP钢，但是TRIP钢的加工硬化指数在很长的应变范围内仍保持较高，特别适合胀形成形。TRIP钢的主要成分是C、Si和Mn，其中Si的主要作用是抑制贝氏体转变时渗碳体的析出，但对于钢板表面质量不利。
3.多相（CP）钢
具有代表性的多相钢需要很高的抗拉强度极限才能转变成钢。多相钢的组成是有细小的铁素体组织和体积分数较高的坚硬的相，并且细小的沉淀使其强度进一步加强。和双相钢和高强度、高延性钢一样，多相钢也包含了很多和它们相同的合金元素，但也经常有少量的铌、钛、和钒形成细小的、高强度的沉淀物。在抗拉强度值在800MPa或更高时，多相钢表现出了更高的屈服强度。多相钢的典型特征是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的残余变形能力。
CP钢同TRIP钢的组织类似，只是CP钢中含有马氏体而非残余奥氏体。通过马氏体和贝氏体以及析出强化的复合作用，CP钢的强度可达800～1000MPa，特别适合于车门防撞杆、保险杠和B立柱等安全零件。
4.马氏体（M）钢
为了生成马氏体钢，在热轧或退火中存在的奥氏体在淬火和连续退火曲线中的冷却阶段全部转变成马氏体。该结构也会在成形后的热处理过程中形成。马氏体钢具有非常高的强度，抗拉强度极限达到了1700MPa。马氏体钢经常需要用等温回火来提高其韧性，这样便能在具有
极高的强度的同时具有很好的成形性，是目前商业化高强度钢板中强度级别最高的钢种。主要用于成型要求不高的车门防撞杆等零件代替管状零件，减少制造成本。
5.MnB钢
  MnB钢或热成形钢主要含有Mn和B等元素，具有非常好的淬透性。热成形过程包括将毛坯件加热奥氏体化，然后在红热状态将钢板冲压成形，然后利用模具的冷却能力将零件淬硬成马氏体。整个成形过程约需要15～25s
三、先进高强钢的生产
所有的现金高速钢的生产都要控制奥氏体相或奥氏体加铁素体相的冷却速度，可以在外围表面进行热磨削（如热轧产品），也可以在连续退火炉中局部冷却（连续退火或热浸涂产品）。马氏体钢是通过快速淬火致使大部分奥氏体转变成马氏体相而产生的。铁素体加马氏体双相钢的生产，是通过控制其冷却速度，使奥氏体相（见于热轧钢中）或铁素体+马氏体双相（见于连续退火和热浸涂钢中）在残余奥氏体快速冷却转变成马氏体之前，将其中一些奥氏体转变成铁素体。TRIP钢通常需要保持在中温等温的条件以产生贝氏体。较高的硅碳含
量使TRIP钢在最后的微观结构含过多的残余奥氏体。多相钢还遵循一个类似的冷却方式，但这种情况之下，化学元素的调整会产生极少的残余奥氏体并形成细小的析出以加强马氏体和贝氏体相。
四、汽车用高强钢板的研究发展
20世纪90年代初，欧洲试生产了全铝汽车。由于可以减轻车重，降低油耗，铝材有跻身汽车行业取代钢材的可能。1994年，国际钢铁学会(简称“IISI”，International Iron&steel Institute)组织主要由北美和西欧35家钢厂和汽车厂组成的联合攻关课题，开展了超轻钢车身项目ULSAB(ultra Light Steel Auto Body)的研究。其主要成果如下：车身结构的抗扭和抗弯强度分别提高80％和52％，车重减少25％，车身结构造价降低15％。1998年，在完成ULSAB项目后，又实施一项被称为先进概念车超轻钢车身计划ULSAB—AVC(Advance Vehicle Concept)。上述项目的研究结果表明，为了延续钢材对其它竞争材料的优势地位，必需大量使用高强钢，如图1和图2所示。
                                   
图l  C级车各类结构用高强钢的使用量                图2 PNGV级各类结构用高强钢的使用量
从图中可见，在代表汽车用钢未来发展方向的新车型C级车和PNGV级车中，相变强化的双相钢(DP钢)占整个结构用钢的74％左右，600MPa以上的超高强钢占75％以上。
五、汽车工业对钢板性能的要求
1.汽车轻量化
    随着能源危机和环境问题的加剧，节能和安全已经成为汽车制造业最重要的出发点。提高燃料效率、减少CO2排放造成环境污染是极为重要的。为达到此目的，汽车需在保持原来的强度水平的情况下满足轻量化。DP钢、TRIP钢就是为此目的而开发的。
2.钢板的成形性
    一般说来，随着钢板材料强度的提高，其成形性恶化。为满足零件成型的需要，DP钢、TRIP钢等既能提高强度又能满足成型要求的新型钢板将得到大量应用。
3.钢板的抗凹性
    汽车外板有可能遭受外力冲击，若材料强度过低，容易发生凹陷变形。BH钢在成形后进行烤漆的过程中可以进一步提高其强度，汽车在使用时得到了更高的强度，具有良好的抗凹陷性。因此，近年对BH钢的需求不断增长。
4.钢板的耐腐蚀性
    在北美等特殊市场，为除去积雪，大量使用对钢有强烈腐蚀作用的氯化钙，对汽车耐腐蚀性提出了更高的要求。应对腐蚀问题的重要措施是对钢板进行各种表面处理，例如镀锌。
5.钢板的安全性
    为保证乘用者的安全，目前已经开发出既具有高强度，又具有良好耐冲撞性能的高强钢板，用于汽车的结构件和底盘等部件。
6.钢板与环境友好
    汽车用冷轧钢板需要与环境友好。国际上已经制定了一系列法规和制度，强化环境保护，明令禁止使用对人类有毒害的物质（镀层物质）。
六、高强钢和先进高强钢未来的应用前景
汽车轻量化项目是世界主要钢铁企业针对铝或塑料等非钢铁材料的在未来的可能挑战而采取的应对措施，旨在维持钢铁材料在汽车业现有的市场地位。汽车轻量化项目主要包括超轻车身（ULSAB） 、超轻覆盖件（ULSAC） 、超轻悬挂件（ULSAS）和在此基础上的超轻概念车项目（ULSAB－AVC） 。
  中国汽车工业正处于高速发展时期，还有较大的发展空间。高强钢汽车板将是今后汽车板发展的主流，大量使用高强钢是解决汽车减重、节能、安全、环保的重要途径。钢厂在研究开发及推广应用高强钢汽车板方面还有很多问题要解决，而自主创新、产销研一体化、与用户互动研发是解决这些问题的根本出路。
七、拓展——超高强度钢
1.基本介绍
　 “超高强度钢”的定义是相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。一般讲，屈服强度在1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。按其合金化程度和显微组织分为低合金中碳马氏体强化超高强度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢、高合金中碳Ni—Co型超高强度钢、超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢、半奥氏体沉淀硬化型不锈钢等。
2.主要牌号
  低合金中碳马氏体强化型超高强度钢（MART）是在低合金调质钢的基础上发展起来的，合金元素总量一般不超过6%。主要牌号包括传统的镍铬钼调质钢4340（40CrNiMo）,碳含量0.45%的镍 铬 钼 钒 钢D6AC（45 CrNiMoV），碳含量0.30%的铬 锰 硅 镍 钢（30CrMnSiNi2A）,在4340钢基础上通过加入硅（1.6%）和钒（0.1%）而研制成的300M 钢（43CrNiSiMoV）以及不含镍的硅锰钼钒或硅锰铬钼钒等。通过真空熔炼降低钢中杂质元素含量，改善钢的横向塑性和韧性，由于钢中合金元素含量较低，成本低，生产工艺简单，广泛用于飞机大梁、起落架、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。
3.特性用途
  中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢是从5%Cr型模具钢移而来的。由于它在高温回火状态下有很高的强度和较满意的塑性和韧性，抗热性好，组织稳定，用于飞机起落架、火箭壳体等。典型钢种为H11和H13等。其主要成分为：C 0.32%--0.45%；Cr 4.75%--5.5%；Mo 1.1%--1.75%；Si 0.8%--1.2%。
  高合金中碳Ni—Co（9Ni--4Co--××）型超高强度钢，是在具有高韧性、低脆性转变温度的9%Ni型低温钢的基础上发展起来的。在9%Ni钢中添加钻是为了提高钢的Ms（马氏体转变）温度，减少钢中的残余奥氏体，同时，钻在镍钢中起固溶强化作用，还通过加钻来获得钢的自回火特性，从而使这类钢具有优良的焊接性能。碳在这类钢中起强化作用。钢中还含有少量铬和钼，以便在回火时产生弥散强化效应。主要牌号有HP9-4-25，HP9-4-30，HP9-4-45以及改型的AF1410（0.16%C-10%Ni-14%Co-1%Mo-2%Cr-0.05%V）等。这类钢综合力学性能高。抗应力腐蚀性好，具有良好的工艺性能和焊接性能，广泛用于航空、航天和潜艇亮体等产品上。
  超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢，通常称马氏体时效钢。钢的基体为超低碳的铁镍或铁镍钴马氏体。其特点是，马氏体形成时不需要快冷，可变温及等温形成；具有体心立方结构；硬度约为HRC20，塑性很好；再加热时不出现像在低碳马氏体中发生的回火现象，并有很大的逆转变温度迟滞，因而可以在较高温度进行马氏体基体内的时效硬化。在这样的高镍马氏体中含有能引起时效强化的合金元素，借助于时效强化，从过饱和的马氏体中析出弥散分布的金属间化合物，使钢获得高强度和高韧性。按镍含量，马氏体时效钢分为25%Ni、20%Ni、18%Ni和12%Ni等类型.18%Ni型应用较广，为含有钼、钛等强化原素的超低碳铁-镍（18%）-钻（8.5%）合金，包括3个牌号：18%Ni（200）、18%Ni（250）、和18%Ni（300）（200、250、300为抗拉强度等级，单位为Ksi）。这种钢是通过金属间化合物的析出使钢强化。借无碳的马氏体基体取得高塑性，最后达到很高的强度塑性配合。这类钢具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸稳定性，热处理工艺也较简单，用于航空、航天器构件和冷挤、冷冲压模具等。
汽车钢材  半奥氏体沉淀硬化型不锈钢是一类高合金的超高强度钢，如常见的17-7PH（OCr17Ni7Al）、PH15-7Mo（OCr15Ni7Mo2Al）和AFC-77（15Cr15Mo5Co14V）等。这类钢经固溶化处理，冷却到室温为奥氏体组织，再经过冷加工、冷处理或者加热到750℃进行调整处理后，奥氏体转变为马氏体。最后在400-550℃时效，便得到在回火马氏体基体上弥散分布着第二相强化组织的超高强度钢。这类钢在315℃以上长时间使用时，会因为金属间化合物沉淀而使材料变脆，所以使用温度要限制在315℃以下。这类钢主要用于制造航空器件构件、高
注:参考文献
1.《先进汽车用钢》，2008年 化学工业出版社出版，马鸣图主编
2.《汽车用先进高强度钢的开发及应用进展》，钢铁研究学报2007年8月第19卷第8期，江海涛,唐荻,米振莉
3. 《回火温度对Cr-Mo-V系高强度钢力学性能的影响》，金属学报，200238 ( 10 )
4. 《超细晶粒高强度钢的延迟断裂行为》，金属学报，200440 ( 6 )
5. 《38CrSi高强度钢端铣铣削力系数实验研究》，北京理工大学学报，201131 ( 10 )
压容器和高应力腐蚀化工设备零件等。