#综述#
汽车用低合金钢的现状与发展
张凤泉陈贵江康永林杨雄飞刘本仁刘文仲欧阳金明
(北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)(武汉钢铁集团公司，武汉430083)
摘要分析了我国汽车用低合金钢材，包括汽车用低合金、微合金热轧钢板、冷轧钢板、弹簧钢、渗碳钢、易切削钢等的成分与性能及应用状况，探讨了今后汽车用低合金、微合金钢的发展。
关键词汽车低合金钢微合金化钢板
Present Situation and Development of Low Alloy Steel for Automobile Zhang Fengquan,C hen Guijiang,Kang Yonglin and Yang Xiongfei
(School of Material Science and Engineering,University of Science and Technology,Beijing100083)
Liu Benren,Liu Wenzhong and Ouyang Jinming
(Wuhan Iron and Steel Company,Wuhan430083)
Abstract The low alloy steel products for automobile in China,including the compositions,properties and applica-tion situation of low-and micro-alloy steel hot and cold rolled sheet,Spring steel,carburizing steel and free cutting s teel are analyzed and the future development of low-and micro-alloy for au tomobile is discussed in this article.
M aterial Index Au tomobile,Low Alloy Steel,Microalloying,Sheet
目前世界上汽车保有量约5亿多辆，年产5000万辆左右，每年消耗占世界钢铁材料总产量的24%左右。汽车用钢品种构成为：钢板约占50%以上(轿车约占70%以上)，优质钢占30%，型钢占6%，带钢占6.5%，钢管占3%，金属制品及其它占1%。
2001年我国汽车生产量2334440辆。根据我国近年来发展速度测算，汽车产量和汽车保有量的增加，预计我国汽车工业在/十五0末期，年需钢材约1000万t。10年后我国将年需轿车300万辆，亚洲年需轿车500万辆。我国汽车工业的发展，对钢铁材料提出了更高的要求。汽车钢板也是近年来低合金钢和微合金钢研究开发最活跃的领域之一。
1汽车用热轧钢板
热轧高强度钢板在载货汽车上用量很大，约占载重车用热轧钢板总量的60%~70%[1]。经过30多年的
开发和应用研究，我国已形成锰钢或锰稀土钢系列、硅-钒钢、含钛钢系列和含铌钢系列。日本开发的贝氏体钢成分(%)为:0105~013C+ Mn Cr B Mo，马氏体钢成分(%)为:0105~013C+ Mn Cr B Mo Ti Nb[2]。
1.1含钛系列热轧钢板
钢中加入钛，既提高钢板的强度，又改变钢中硫化物夹杂的形态和分布。含钛钢板的冲击韧性很高，常温a k U达300~400J P c m2。但热轧含钛钢也存在一些问题，一是钛对温度很敏感，当终轧后冷却速度控制不当，会导致含钛钢板的头、中、尾的强度波动大，形成强度分布的盆形曲线。
1.2含铌系列热轧钢板
为节约合金元素，降低钢的生产成本，目前，国内外大量应用热轧含铌钢板。铌的强化能力大于钛，由于钛优先与氮化合并与硫形成钛硫化合物，直接增加了钛在钢中的含量。铌只是强化元素，要获得同级强度的钢板，钢中含铌量仅为含钛量的1P3左右，显示了含铌的优越性。
日本NKK公司成功开发的SFG45kg级高强
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第24卷第4期特殊钢Vol.24.No.4 2003年7月SPECIAL S TEEL July2003
¹联系人：康永林，教授，北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083
度板，由于提高了碳和铌的含量，除提高了扭转强度外，另因降低了硅含量，使焊接性和可镀性大为改善，现已向3家汽车厂供应[3]
。
1.3 热轧贝氏体钢板
热轧贝氏体钢有贝氏体双相钢(F+B)和贝氏体相钢(B)。其主要添加元素为Si,Mn,(Nb),Cr 。其重要特性是具有优良的翻边性能，很适合冲压象汽车支撑部件要求较厚切成形性尤其是翻边性能良好的部件。
强度级别达到690MPa 的含Nb 贝氏体双相钢[4]
的典型成分(%)为:0104C,0125Si,1180Mn,0105Nb,0103Ti,01002B,0140Mo 。
北京市老旧机动车淘汰更新管理信息系统
魏牌玛奇朵国内东风汽车公司车厢厂生产东风EQ140汽车车厢横梁使用的是低合金钢T52，厚3.5mm，强度级别
卡罗为510MPa [5]
。该厂准备采用宝钢的B540FH 和武钢的RS55双相钢。表1为3种钢的化学成分。
表1 3种双相钢的化学成分P %
Table 1 Chemical compositions of three kinds of dual phase steel P %
钢号C Mn Si P S B540FH 0.086  1.260.330.018<0.01RS550.065  1.030.950.0150.007T52
0.090
0.45
0.059
0.005
0.015
表1列出的3种钢的强度和延伸率都很高，其中RS55的抗拉强度最高，超过了600MPa,B540FH 的抗拉强度在570MPa 左右。T52的抗拉强度在560MPa 左右。RS55的屈服强度最大不
超过400MPa，而B540FH 和T52的屈服强度平均在450~480MPa 之间。B540FH 的延伸率最好,RS55次之,T52相对较低。由于RS55的屈服强度较低，这使得它的屈强比也较低，因此它显得更易变形。冷弯结果表明这3种材料具有良好的冷成形性。
韩国浦项钢铁公司开发了784MPa 级贝氏体钢，现在用于生产车轮、构件、车架[6]
。
1.4 TRIP 钢板
TRIP(Transformation Induced Plasticity )钢是含有残余奥氏体的低碳、低合金高强度钢，主要化学成分为C -S-i Mn 元素，强度级别为500~700MPa，强度和塑性配合非常良好，用于生产汽车的零部件。浦项钢铁公司现在正开发1000MPa 级TRIP
钢并已商业化[6]
。
宝钢汽车用热轧低合金钢主要有
[7]
：热轧
QSTE 系列汽车结构用钢；热轧汽车大梁用钢；热轧汽车传动轴用钢。
鞍钢开发的汽车用钢08AlP 、15Ti 、09MnVTiN 和06NbTi 等低合金或微合金化钢已广泛用于制造汽车大梁、横梁、车轮轮辐等，使冲压合格率在98%以上，零件减重率达5%~15%
[8]
。
日本厂家在汽车板方面始终走在前面。据报道[9]
，最近，日本川崎钢铁公司利用千叶厂第3热轧设备开发成功具有世界最高级成形性能的汽车用低合金高强度钢板)SUPERHSLA 钢板。钢板的平均晶粒微细到2L m 以下，同时添加微量的钛，开发成功了延伸率为30%以上，扩孔加工性能提高30%以上、冲击能吸收特性提高10%以上的高成形钢板。同时，该公司成功开发了强度高、耐疲劳性好、扩孔率高的TS780MPa 级热轧钢板，实现了世界上首次采用超高强度钢作汽车轮子材料。新开发的钢的化学成分(%)为:0108C,1150Si,1180Mn,0110Ti,01010P,01001S,01030Al 。其强度R b 超过800MPa，延伸率在20%以上
[10]
。
生产该钢时的要点是在热轧后的奥氏体向铁素体相变冷却的阶段，要给予下列2个反应条件：第一，在奥氏体向铁素体相变后的铁素体的晶粒上，迅速产生成为强化因子的微细TiC 的析出条件；第二，使形成TiC 未消耗的剩余C 浓化在当时存在的奥氏体相，成为其后冷却中易形成马氏体的条件。为稳定确保这些条件，化学成分和冷却条件必须满足要求。2 汽车用冷轧钢板
冷轧高强度钢板，主要用于车体内外板，一般对冲压成形性、表面质量、板形及尺寸公差等均有较高的要求。汽车用薄板的发展是围绕提高钢的深冲性能和强度而展开的。由此开发出了第三代深冲钢，即IF 钢。20世纪80年代以来[11]
,IF 钢在国际范围内取得飞速发展,1997年仅日本的IF 钢产量就已达到1000万t 。IF 钢取得迅速发展的关键在于成本降低和市场需求的增加。
在IF 钢中，根据添加的微量合金元素的不同，可将I F 钢分为T-i IF 钢、Nb -IF 钢和(Ti+Nb)-I F 钢3大类。由于I F 钢具有非时效性和深冲性，所以以IF 钢为基础已开发出众多超低碳钢系列
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2#特殊钢
第24卷
产品。如含P、Cu、Mn高强超深冲钢板和BH钢板。超低碳钢系列几乎可以满足汽车用钢所提出的各种性能要求，如深冲性、高强度、防腐蚀、BH 性等。表2列出了超低碳钢在汽车生产中的应用。
表2超低碳钢在汽车生产中的应用
Table2Application o f extra-low carbon steel for automo-bile
级别暴露的部分非暴露的部分
软钢冲压级车顶、外门、外挡板内热板、内车盖、横梁、内门深冲级后躯、车顶尾段板、门枢、燃料箱、侧梁优良深冲级后躯、正挡板油底壳、后躯、挡泥板
超深冲级外侧梁油底壳、内轮箱
高强钢35K外车盖、外挡板、前
保护板
横梁
40K后覆盖件加强板
45K加强板、侧梁
1989年北京科技大学与宝钢、武钢联合开展
超低碳、含Nb、T-i IF钢的研究[12]。
宝钢自行开发的超深冲IF钢板[13]用于汽车的各种内外覆盖件，是目前最高等级的冲压用钢，也是其它冲压用钢的升级换代钢种。
日本近年来在传统的IF钢基础上开发出新的品种，该钢中的C含量由传统钢的01002%提高到01007%,Nb含量不变，为01016%,Ti含量由01030%提高到01060%。
3汽车用其它低合金钢
3.1汽车用弹簧钢
威志报价
传统的板簧材料为碳含量015%~016%的合金钢，目前采用最多的为S-i Mn钢，主要钢种有国产55SiM
nVB、60Si2Mn、50CrV，国外52S8、SUP6等。最典型的为60Si2Mn(相当于美国SAE9260、日本SUP7、德国60Si7)。随着现代汽车的轻量化发展，越来越多的采用少片簧，这样就要求具有更优良的性能，疲劳强度和承载能力是其重要方面，而传统钢板弹簧则显得强度不足，疲劳强度性能很难满足服役条件。南京汽车研究所研究了新型高性能钢板弹簧38SiMnVB[14]，其化学成分(%)为:0138C,0180Si,1120Mn,0108V,01002B。该钢的组织主要是板条状马氏体，并混有少量针状马氏体，采用880e左右淬火,300e回火。其力学性能R b1850MPa,D9%,W49%,HRC52。而传统弹簧钢的机械性能均达不到上述数据(表3)。由表3可见，新开发38SiMnVB的性能明显优于传统的板簧材料。这是由于38SiMnVB经喷丸处理后，具有高的强度和塑性，强塑性配合良好。
表3传统弹簧钢的机械性能
Table3Mechanical properties o f general spring steels 牌号R
b
P MPa D P%W P% 55SiMnVB\1332\5\25
60Si2Mn\1568\5\20
50CrVA\1274\10\40
52S81324~1618\5-
悬架螺旋弹簧主要用于轿车，一般使用高S-i Mn系的SUP7，这种钢被大量用来生产1100MPa 级的盘簧，但其可使用硬度上限仅为51HRC，如果超过此硬度范围，腐蚀疲劳强度和延迟断裂特性会急剧下降，因此使用SUP7生产1200MPa级高强度盘簧极为困难。日本开发出C含量为0140%,Si为1180%的ND120S高强度弹簧钢[15]，在新开发的ND120S中，为防止晶界断裂，将晶粒进行细化；为强化晶界，添加了Nb和B (010015%)；为抑制在腐蚀环境下侵蚀穴的生成，添加了Ni(0150%)。用ND120S生产盘簧，与1100MPa级的SUP7的盘簧相比，可以减轻重量20%左右。
312汽车用渗碳钢
目前我国应用最广泛的汽车齿轮钢是20Cr-MnTi，其中Ti是用来细化晶粒的。
最近中国重汽集团公司对从德国ZF公司引进用于桑塔纳2000型的轿车的动力转向机(主要有齿条、齿轮、阀芯、阀套组成)进行了国产化[16]。与以Cr为主体合金元素的Cr-Mo钢相比，该材料为以Mo为主体合金元素Mo-Cr钢(0130~ 0150Cr,0140~0150Mo)，因此更适合于C-N共渗的表面硬化处理。
3.3汽车用易切削钢[17]
易切削钢在我国汽车整车的使用量约占整车重量的211%，仅次于碳钢(518%)和合金钢(317%)。目前
我国汽车用易切削钢的年需求量为10万t左右(不包括拖拉机等农用机械用钢)，但与日本的年用量100万t相比差距很大。
莱钢试制了45MnS25易切削钢，其化学成分(%)为:0142~0150C,0115~0135Si,1120~ 1155Mn,[0107P,0120~0130S。
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现代雅尊第4期张凤泉等：汽车用低合金钢的现状与发展
4 汽车用低合金钢的发展
汽车用低合金钢主要为钢板材料。随着汽车轻量化和性能要求的提高，汽车用板高强度化，如用350MPa 的低合金高强度钢板制作汽车前梁、发动机支架、保险杠和车门等，板的厚度可减少15%~25%。当钢板厚度减小0.15mm 时，车身
的重量可减轻18%[18]
。日本曾对8家乘用车公司和3家卡车公司进行调查和预测，其结果见表4。西欧几种主要车型所采用高强度钢板的比例已上升到40%以上。
汽车用钢板强度级别也不断提高，例如：日本1992年汽车外板的强度为300~460MPa，内板的
表4 日本汽车公司高强度钢板的使用比率P %Table 4 Application proportion of high strength steel sheet at automobile companies in Japan P %
使用部位
1983年1993年2000年车身用钢板
18.225.736.4车身用表面处理钢板18.435.9547.9底板零部件用钢板
11.425.236.2底板零部件用表面处理钢板
5.0
12.9
强度为260MPa 以上，而最近几年来，强度在980MPa 以上的超高强度钢板在汽车上的用量在增多。
西欧高强度热轧和冷轧钢板的消费日增,1997年微合金钢和含磷合金钢所占的比例最高，而新开发的高强度IF 钢、各向同性钢和双相钢使用量也在增加。
在未来，微合金钢仍将是HSLA 钢的主体[19]
，将以铌微合金化和钒微合金化为主。为了降低微合金钢的生产成本，近年来,V 、Ti 、Nb 复合微合金化的研究已成为人们关注的重点。钢中有害元素如硫、磷的利用将使钢铁生产纳入绿工业范围，有助于钢铁材料的可持续发展。5 小结
随着我国汽车工业的迅速发展以及资源、能源问题的日益突出，对汽车用钢的质量、性能要求必然与资源、能源、环保和可持续发展密切联系起来。因此，汽车用板的高强度化、汽车用钢的高强高寿命以及降低生产成本将是总趋势，而低合金尤其是添加Nb 、V 、Ti 稀土或复合添加的微合金钢加之钢质洁净化与先进轧制冷却控制工艺的有机结合必然是汽车用钢研发的重点。
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张凤泉，男,39岁，高级工程师，北京科技大学在读博士
生。从事板带轧制工艺与新产品开发。
收稿日期:2003-03-08
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4#特殊钢第24卷