傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼多是通過(guò)固溶、析出和細(xì)化晶粒作為主要強(qiáng)化手段，而先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS ）是指通過(guò)相變進(jìn)行強(qiáng)化的鋼種，組織中含有馬氏體、貝氏體和（或）殘余奧氏體，主要包括雙相(DP) 鋼、相變誘導(dǎo)塑性(TRIP) 鋼、馬氏體(M) 鋼、復(fù)相(CP) 鋼、熱成形(HF) 鋼和孿晶誘導(dǎo)塑性(TWIP) 鋼。

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度和塑性配合優(yōu)于普通高強(qiáng)鋼，兼具高強(qiáng)度和較好的成形性，特別是加工硬化指數(shù)高，有利于提高沖撞過(guò)程中的能量吸收，這對(duì)減重的同時(shí)保證安全性十分有利。

AHSS的強(qiáng)度在500MPa到1500MPa之間，具有很好吸能性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，主要應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件、安全件和加強(qiáng)件如A/B/C柱、車門(mén)檻、前后保險(xiǎn)杠、車門(mén)防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件；DP鋼最早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼開(kāi)發(fā)和研究進(jìn)展

所有的高速鋼的生產(chǎn)都要控制奧氏體相或奧氏體加鐵素體相的冷卻速度，可以在外圍表面進(jìn)行熱磨削（如熱軋產(chǎn)品），也可以在連續(xù)退火爐中局部冷卻（連續(xù)退火或熱浸涂產(chǎn)品）。

馬氏體鋼是通過(guò)快速淬火致使大部分奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體相而產(chǎn)生的。鐵素體加馬氏體雙相鋼的生產(chǎn)，是通過(guò)控制其冷卻速度，使奧氏體相（見(jiàn)于熱軋鋼中）或鐵素體+馬氏體雙相（見(jiàn)于連續(xù)退火和熱浸涂鋼中）在殘余奧氏體快速冷卻轉(zhuǎn)變成馬氏體之前，將其中一些奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體。

TRIP鋼通常需要保持在中溫等溫的條件以產(chǎn)生貝氏體。較高的硅碳含量使TRIP鋼在最后的微觀結(jié)構(gòu)含過(guò)多的殘余奧氏體。多相鋼還遵循一個(gè)類似的冷卻方式，但這種情況之下，化學(xué)元素的調(diào)整會(huì)產(chǎn)生極少的殘余奧氏體并形成細(xì)小的析出以加強(qiáng)馬氏體和貝氏體相。

汽車用高強(qiáng)度鋼分為熱軋、冷軋和熱鍍鋅產(chǎn)品，其工藝特點(diǎn)都是通過(guò)相變實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化。此外，還有一種熱沖壓成形模具淬火硬化的超高強(qiáng)鋼再歐洲的汽車制造業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。

隨著安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性需求的增長(zhǎng)，汽車工業(yè)對(duì)高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料的需求越來(lái)越大。再汽車輕量化的推動(dòng)下，汽車中鋁合金、鎂合金、塑料等零部件的使用比例逐年增加，鋼鐵在汽車材料中的主導(dǎo)地位也受到了威脅。為提高汽車的安全性并應(yīng)對(duì)來(lái)自其他材料的挑戰(zhàn)，目前鋼鐵材料的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是高強(qiáng)度鋼。

-1- 雙相鋼  

雙相鋼是由低碳鋼或低碳微合金鋼經(jīng)兩相區(qū)熱處理或控軋控冷而得到，其顯微組織主要為鐵素體和馬氏體。普通的高強(qiáng)鋼是通過(guò)控制軋制細(xì)化晶粒,并通過(guò)微合金元素的碳氮化物的析出來(lái)強(qiáng)化基體，而雙相鋼是在純凈的鐵素體晶界或晶內(nèi)彌散分布著較硬的馬氏體相，因此其強(qiáng)度與韌性得到了很好的協(xié)調(diào)。

雙相鋼的強(qiáng)度主要由硬的馬氏體相的比例來(lái)決定，其變化范圍為5 ～30 。拉伸力學(xué)性能特點(diǎn)是：

①應(yīng)力一應(yīng)變曲線呈光滑的拱形，無(wú)屈服點(diǎn)延伸；

②具有高的加工硬化速率，尤其是初始加工硬化速率；

③低的屈服強(qiáng)度和高的抗拉強(qiáng)度，成形后構(gòu)件具有高的壓潰抗力、抗撞擊吸收能和高的疲勞強(qiáng)度；

④大的均勻的伸長(zhǎng)率和總伸長(zhǎng)率。雙相鋼是兼有高強(qiáng)度和良好成形性的理想汽車 

-2- 相變誘發(fā)塑性鋼 

相變誘發(fā)塑性鋼是指鋼中存在多相組織的鋼。這些相通常為鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和馬氏體。

在形變過(guò)程中，穩(wěn)定存在的殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)引起了相變強(qiáng)化和塑性增長(zhǎng)，為此殘余奧氏體必須有足夠的穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式轉(zhuǎn)變，一方面強(qiáng)化基體，另一方面提高均勻的伸長(zhǎng)率，達(dá)到強(qiáng)度和塑性同步增加的目標(biāo)TRIP鋼的性能范圍為：屈服強(qiáng)度 340～860MPa，抗拉強(qiáng)度 610～1080 MPa，伸長(zhǎng)率22% ～37% 。   

近年來(lái)，TRIP鋼的發(fā)展迅速。TRIP鋼主要用來(lái)制作汽車的擋板、底盤(pán)部件、車輪輪輞和車門(mén)沖擊梁等。此外，TRIP鋼板可作為熱鍍鋅和Zn—Ni電鍍鋅的基板，以生產(chǎn)高強(qiáng)度、高塑性、高拉深脹形性以及高耐腐蝕性的鍍鋅板。

韓國(guó)浦項(xiàng)已成功開(kāi)發(fā)出800MPa和 1000MPa級(jí)的TRIP鋼，鋼板的成形性能非常好，可以加工成復(fù)雜形狀的汽車部件。目前，他們正著手開(kāi)發(fā) 1200MPa級(jí)的TRIP鋼。在日本，三菱汽車公司與新日鐵、住友金屬及神戶制鋼等合作開(kāi)發(fā)出汽車底盤(pán)零件用TRIP高強(qiáng)度鋼板， 在其新車型中已有8O余種底盤(pán)零件用TRIP鋼板制造。

許多研究結(jié)果表明，高硅含量的TRIP鋼與低合金高強(qiáng)度鋼相比具有更好的延展性和抗拉強(qiáng)度，其成分系列有：C—Mn—Si—N—V，C—Mn—Si—Ti和Si—Nb等。但硅含量高將導(dǎo)致帶鋼表面產(chǎn)生紅色氧化皮以及熱鍍鋅性能變差等缺點(diǎn)。近年來(lái)，一些研究者開(kāi)始側(cè)重于用其它元素(如鋁、磷等)部分取代硅，以降低鋼中的硅含量，改善涂鍍性能，并通過(guò)添加鈮、釩、鈦及鉬等元素來(lái)提高TRIP鋼的強(qiáng)度。

-3- 復(fù)相鋼 

復(fù)相鋼的組織與TRIP鋼類似，其主要組織是細(xì)小的鐵素體和高比例的硬相(馬氏體、貝氏體)，含有鈮、鈦等元素口。通過(guò)馬氏體和貝氏體以及析出強(qiáng)化的復(fù)合作用，CP鋼的強(qiáng)度可達(dá)800~1000MPa，具有較高的吸收能和擴(kuò)孔性能，特別適合于汽車的車門(mén)防撞桿、保險(xiǎn)杠和B立柱等安全零件。 

依靠合金成分設(shè)計(jì)、微合金化、控軋控冷技術(shù)和連續(xù)退火技術(shù)，熱軋和冷軋高強(qiáng)度帶鋼可以得到不同的組織，如鐵素體+貝氏體雙相組織、鐵素體+馬氏體雙相組織、鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體復(fù)相組織和馬氏體組織，鋼的強(qiáng)度可從500MPa提高到1000MPa以上，甚至可以達(dá)到 1200MPa。

實(shí)踐表明，由于鋼中的微合金元素含量較高，在非再結(jié)晶區(qū)控軋時(shí)的變形抗力增加，導(dǎo)致軋機(jī)負(fù)荷變大。在控軋控冷過(guò)程中，鈦元素對(duì)加熱溫度和卷取溫度很敏感。板坯加熱溫度和軋后卷取溫度的波動(dòng)容易導(dǎo)致卷板性能，如屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)非常明顯的波動(dòng)。

對(duì)于冷軋高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，可以在連續(xù)退火過(guò)程中通過(guò)復(fù)相熱處理工藝獲得不同組織體積比率的鐵素體+貝氏體+馬氏體復(fù)相組織。這種冷軋復(fù)相鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，與常規(guī)淬火馬氏體鋼相在強(qiáng)度相同的條件下，有較高的韌性及塑性，因此在汽車工業(yè)具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。   

-4- 馬氏體鋼 

馬氏體鋼的生產(chǎn)是通過(guò)高溫奧氏體組織快速淬火轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，可通過(guò)熱軋、冷軋、連續(xù)退火或成形后退火來(lái)實(shí)現(xiàn)，其最高強(qiáng)度可達(dá) 1600MPa，是目前商業(yè)化高強(qiáng)度鋼板中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼種。

因此，當(dāng)生產(chǎn)板狀產(chǎn)品時(shí)，由于受成形性的限制，只能用滾壓成形生產(chǎn)或沖壓形狀簡(jiǎn)單的零件，主要用于成形要求不高的車門(mén)防撞桿等零件以代替管狀零件，降低制造成本。

熱沖壓成形鋼(MnB鋼)是新日本鋼鐵方法，通過(guò)熱成形后急冷獲得高的成形度和極高的強(qiáng)度。具體的熱成形方法為：鋼板一加熱(880--950℃)一沖壓(在沖壓機(jī)模具內(nèi)實(shí)現(xiàn)淬火處理)一拋丸處理(去除氧化鐵皮)一成品(1500MPa)。

整個(gè)熱沖壓成形過(guò)程需要15～25S。為解決鋼板熱加工易生成氧化鐵皮的問(wèn)題，一般需要在超高強(qiáng)度鋼板表面進(jìn)行鍍鋁處理。超高強(qiáng)度MnB鋼板主要用來(lái)制作防撞零件。

-5- 孿晶誘導(dǎo)塑性鋼 

孿晶誘導(dǎo)塑性鋼：第二代先進(jìn)高強(qiáng)度汽車用鋼，其室溫組織為單相奧氏體。大多數(shù)的奧氏體鋼，如奧氏體不銹鋼和高錳鋼，層錯(cuò)能處于中低的水平，因此趨向于形成大范圍的堆垛層錯(cuò)、孿晶及平面位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。

當(dāng)高錳鋼中加入C或Al和Si 時(shí),可以發(fā)現(xiàn)大范圍的機(jī)械孿晶。當(dāng) w（Mn）達(dá)到25% ,w (Al)>3 % , w(Si) 在2%～3%范圍之間時(shí),鋼中存在大面積的機(jī)械孿晶,同樣的情況發(fā)生在當(dāng)碳很低的時(shí)候。這些鋼擁有非常高的延展性 ,最高可達(dá)80%。

他們引入了孿生誘導(dǎo)塑性鋼來(lái)命名這些鋼種 ,簡(jiǎn)稱TWIP鋼。TWIP鋼優(yōu)異的力學(xué)性能來(lái) 自孿生誘導(dǎo)塑性 ,這種孿生在形變中的作用與傳統(tǒng)的概念完全不同。通常認(rèn)為,在晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性比較低、滑移系比較少的材料中,當(dāng)形變速度較大 ,或在不利于滑移取向的情況下加力時(shí)在某些應(yīng)力集中的地方產(chǎn)生孿晶。

面心立方金屬不易產(chǎn)生孿晶,只有在極低的溫度下才會(huì)形成機(jī)械孿晶.由于孿生所產(chǎn)生的形變量很小,故在滑移困難時(shí)僅起調(diào)整取向的作用 , 使滑移能夠得以繼續(xù)進(jìn)行。但在TWIP 鋼中,可在形變溫度為-70～400 ℃時(shí)的面心立方奧氏體中形成 ,形變速率可低達(dá)10-4/s。

形變過(guò)程中,高應(yīng)變區(qū)孿晶的形成 ,孿晶界阻止了該區(qū)滑移的進(jìn)行 ,促使其它應(yīng)變較低區(qū)可通過(guò)滑移進(jìn)行目前,法國(guó)、中國(guó)等國(guó)家都開(kāi)始了對(duì)TWIP鋼的生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)。雖然 TWIP  具有優(yōu)異的力學(xué)性能,但是該鋼在冶煉、連鑄工藝,鋼材的延遲、斷裂、缺口敏感性以及可涂覆性能方面的問(wèn)題都是妨礙這種鋼大規(guī)模在汽車工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)難題。

目前 , 鋼廠和研究機(jī)構(gòu)正在研究新一代TWIP鋼FeMnA1鋼，也稱為T(mén)RIPLEX鋼 。FeMnAl 鋼不顯現(xiàn)TRIP和TWIP效應(yīng) ,加工變形時(shí),位錯(cuò)滑移形成剪切帶,產(chǎn)生高塑性 ,即剪切帶誘導(dǎo)塑性SIP效應(yīng)。到目前為止 ,其在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可。

-6- 淬火分配鋼 

近幾年，J．G．Speer等提出了一種新工藝——淬火配分。此工藝可用來(lái)生產(chǎn)富碳?xì)堄鄪W氏體鋼種，即Q&P鋼。此工藝機(jī)理是基于碳在馬氏體/奧氏體混合組織中擴(kuò)散規(guī)律的一種新的認(rèn)識(shí)與理解。Q&P鋼屬于第三代AHSS，可以達(dá)到的力學(xué)性能范圍為：抗拉強(qiáng)度 800～1500，伸長(zhǎng)率15% ～40%。

首先，基體在奧氏體區(qū)或臨界區(qū)溫度(TA)保溫一段時(shí)間后快速冷卻到M和Mf之問(wèn)的淬火溫度(TQ)并短時(shí)等溫，產(chǎn)生適量的馬氏體，隨后升溫到配分溫度(T)并處理一段時(shí)間，確保殘余奧氏體富碳過(guò)程的完成。

盡管Q&P工藝與傳統(tǒng)Q&T工藝下，馬氏體形成熱力學(xué)機(jī)制相同，但兩者微觀組織的演變機(jī)理及最終構(gòu)成完全不同。在Q&T工藝中，回火馬氏體形成時(shí)，滲碳體的形成消耗了部分碳，而且殘余奧氏體分解。而Q&P工藝卻有意的抑制了Fe-C化物的析出，并使殘余奧氏體穩(wěn)定而不被分解。因此有效地抑制化合物的析出是該工藝的關(guān)鍵。

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展趨勢(shì)

鋼鐵產(chǎn)品制造廠面臨用戶對(duì)現(xiàn)存產(chǎn)品更為苛刻的質(zhì)量要求，這就需要加速開(kāi)發(fā)新的鋼鐵材料，保證滿足用戶需求的新產(chǎn)品制造工藝必須可靠、價(jià)廉。

汽車用材料的另一種發(fā)展思路是在保留鋼材本身優(yōu)點(diǎn)，即強(qiáng)度、韌性、可加工性、壽命、消聲性和回收性等前提下降低鋼質(zhì)量密度。其中1種方法就是向鋼中添加諸如Al、Si等輕金屬合金元素。這些鋼已在早期開(kāi)發(fā)出來(lái)，具有較高的強(qiáng)度、較低的體積密度以及經(jīng)過(guò)改善的耐蝕性，從目前來(lái)看，其發(fā)展?jié)摿艽?，還具有進(jìn)一步的減重潛力。