對高強度、高成形性的雙相不銹鋼的研究起始于20世紀70年代初,直至90年代初廣大材料工作者對其物理和力學冶金原理進行了深入探討和研究,相關的基本理論日漸成熟或完善。隨著汽車工業發展輕量化和安全設計和制造技術的需求,在這些理論或原理指導下,雙相不銹鋼的生產和應用取得了迅速發展。


 雙相不銹鋼的主要類型仍為熱軋雙相鋼和冷軋雙相鋼。前者是通過合金化和軋后控冷而產生,后者主要是通過連續退火生產線,并結合涂層板或合金涂層板的生產過程,經過合理的熱處理工藝而產生。但其基本組織都是鐵素體+馬氏體。世界上一些重要的鋼鐵公司,如美國鋼鐵公司、韓國浦項公司、日本JFE公司、新日鐵、瑞典SSAB公司、德國蒂森鋼公司、歐洲阿塞羅鋼公司、中國上海寶鋼、中國臺灣中鋼公司等國際上知名鋼鐵公司,都建立了雙相鋼和先進高強度鋼的生產線并可批量供應各類強度級別的雙相鋼和其他高強度鋼,如DP500、DP600、DP700、DP800、DP980等,以及TRIP鋼,如 TRIP600、TRIP700、TRIP800、TRIP1000等,還可批量供應CP鋼、馬氏體鋼,以及HSLA鋼。中國武鋼、鞍鋼、馬鋼等鋼鐵公司也具備了各類雙相鋼和先進高強度鋼的生產條件,并試制了相應的各類雙相鋼和先進高強度鋼,以適應中國汽車工業發展的需要。


 各國和各大鋼鐵公司在大力搞好雙相不銹鋼和先進高強度鋼生產技術的開發和產品生產外,還進行了先進加工技術的開發和推廣應用,如激光拼焊板(tailored weld-ing blanks-TWB)、液壓成形(hydro forming)以及熱成形技術(hot press forming),這些先進的加工技術和先進的高強度鋼相結合,無疑會拓展高強度鋼的應用和汽車輕量化的技術與用材的發展。


JFE鋼公司是2003年由NKK和 Kawasaki鋼公司聯合組建而成,同日本其他鋼廠一樣,其雙相鋼的生產采用一般C-Mn鋼,在水淬連續退火生產線上進行生產,其CALQ的水淬過程工藝及實物示意圖示于圖11-13,用這種方法生產的DP980低屈服點鋼的典型應用示于圖11-14(門B柱和高強度座椅件)。JFE公司生產的DP鋼和先進高強度鋼的一個典型特點是性能的穩定性,以抗拉強度為780MPa的高強度鋼為例,其普通沉淀強化鋼的強度值的統計偏差為σ=29 MPa.而JFE公司采用Nano技術生產的同樣強度級別的高強度鋼,其抗拉強度的統計偏差σ=12 MPa,同時,采用Nano技術生產的高強度鋼具有優良的擴孔延性,抗拉強度為780MPa的擴孔率入高達100%,而同樣級別的普通高強度鋼,其入僅為25%~40%。


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 韓國浦項公司的光陽工廠主要生產汽車板,2005年生產先進高強度鋼5.1萬t,2006年為7.7萬t,2007年達到11.0萬噸,預計2009年將生產19.5萬t,整個汽車板產量高達340萬t.POSCO公司的熱軋雙相鋼已在批量供應DP590、DP780用于涂層板和GA板;相變誘發塑性鋼有TRIP780和TRIP 980,后者在試制中。鐵素體貝氏體鋼有FB590、FB690、FB780.沉淀強化鋼有PH540、PH590、PH780、PH980(在開發中):熱軋DP鋼、FB鋼及TRIP鋼工藝示意圖示于圖11-15,即軋制變形后,控制在鐵素體區的中間溫度保溫,使碳在奧氏體中富集,改變貝民體轉變的鼻部溫度,快冷到室溫。


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 POSCO的冷軋和涂層的高強度鋼為:DP490、DP590、DP690、DP780、DP980(CR/EG和CI/GA),復相鋼 CP1180(CR/EG,CI/GA),TRIP590,TRIP780(CR/EG,CI/GA),其中雙相鋼DP490,主要用于門外門和發動機蓋板;DP(或TRIP)590,780MPa主要用于一些碰撞零件;DP(或TRIP,CP)590,1180MPa主要用于一些汽車的結構件和增強件;CP(或馬氏體鋼,貝氏體鋼)590,1470 MPa,主要用于車身結構件的增強件。近期浦項公司還開發了TWIP鋼(孿生誘發塑性鋼),這類鋼產品有熱軋產品和冷軋產品,具有質量輕,好的沖壓成形性和優良的碰撞吸能,其典型的力學性能列于表11-8,可以看出:這類鋼在高的強度下,具有很高的力學性能。同時實驗指出,TWIP鋼具有很高的沖壓性能,抗拉強度為540 MPa的FB鋼,需4步才可完成的沖壓件,用TWIP鋼只需一步成形;而780 MPa的TWIP鋼也只需2步成形,這類鋼具有很優的延遲斷裂抗力,特別是在添加1.5%Al的情況下,幾乎不會發生延遲斷裂抗力(見圖11-16)。POSCO公司先進高強度鋼的發展計劃示于圖11-17。



 POSCO EVI(Early Vehicle Involvement)的模式也是很有特色的。在用戶開發新車型實驗車時,提供:新材料信息、材料數據、FEA模擬、材料選樣意見、價格信息;在原型設計階段提供:零件/模具設計、材料選擇、零件/模具制造設計和制造可行性分析、實驗材料供應:原型開發、實驗和評價;在中試階段提供:質量保證、故障消除時等服務;評價材料成形性時提供:材料數據、FEA模擬、工具開發和原型制造;對焊接和連接提供:可焊性評價、優化焊接條件、連接問題的解決。對DP590的焊接評價示于圖11-18,涂層板與焊接電極壽命的評價結果示于圖11-19.可以看出,焊接電極壽命與鍍層厚度有關,并隨鍍層厚度增加而下降。


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對涂層進行評價:包括磷化特點、結合力性能、ED-涂層特點、腐蝕特點、對涂層工藝進行優化,確定高功能涂層等內容。


對零件功能提供:剛度、壓痕抗力、耐疲勞性、碰撞性能等信息。車門、車身進行優化設計,對白車身進行車體下部的強化,并應用TWIP鋼液壓成形。韓國浦項公司有7條TWB生產線(5條直線,2條多折線),年產6.7百萬片,其典型的TWB生產線見圖11-20;浦項公司還擁有兩條液壓成形生產線(現有5500t和3500t的液壓成形設備)和一條液壓成形中試生產線。其型的液壓生產線示于圖11-21,其典型的熱成形馬氏體鋼生產線示于圖11-22。


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POSCO已批量供應Ford公司各種雙相鋼和 TRIP鋼,有:A1(DP450),A2(DP500),A3(DP550),A4(DP600),A5(DP600),以上類型包括各種冷軋、熱鍍鋅、電鍍鋅,A4(DP600)還包括熱軋板;TRIP 鋼有TRIP590,TRIP780和TRIP980,其品種有熱軋、冷軋、熱鍍鋅和電鍍鋅,以上這些鋼種取得了日本Malda的認證和中國一些汽車廠的認證。


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POSCO 認為高強度鋼板的應用會迅速增加,這是因為油耗法規嚴格,車輛必須進行輕量化;而安全法規中抗碰撞性能提高,也導致汽車用材料中高強度鋼用量增加。目前韓國和日本的高強度鋼用量已由30%~40%提高到50%~70%,歐洲已由40%~60%提高到50%~70%,而ULSAB-AVC已提高到98%;POSCO 生產的各類雙相鋼和其他高強度鋼的性能示于圖11-23;典型的熱鍍鋅線示意圖見圖11-24,其多種功能鍍層線示于圖11-25。



瑞典 SSAB 公司生產的各類搞強度鋼和雙相鋼化學成分列于表 11-9 ,其相應的力學性能列于 11-10 。


相應的典型鋼號的深沖成形性(后排)、延展成形性(中間)和擴孔實驗后的照片(前排)見圖11-26,從左到右相應的牌號為:DC04、Docol 600DL、Docol 600DP、Docol 800DP、Docol 1000DP 和Docol 1400M,其成形性逐漸下降,冷彎性能列于表11-11,表中數據為進行90°冷彎的最小彎曲半徑。


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三種鋼典型的成形極限曲線示于圖11-27,圖中列出了板厚對高強度雙相鋼性能的影響。一些含鈮雙相鋼和高強度鋼的典型應用示于圖11-28.


Mitlal 鋼鐵公司的有關技術人員曾研究了CA生產線和HDG生產線上生產的相鋼CAHT600X和HDGHT600XD,其和相同屈服強度的微合金鋼H320LA的性相比,雙相鋼的抗拉強度和n值及均勻伸長率均提高20%~25%。





寶鋼對雙相不銹鋼和先進高強度鋼進行了多年研究,并取得較大進展。2007,寶鋼汽車板產量達300萬t,目前寶鋼可生產的汽車板的品種列于表11-12.種雙相不銹鋼(不同強度級別,不同軋制品種和不同鍍層品種)寶鋼均可生產,為國汽車工業發展,作出了貢獻。寶鋼生產的各類高強度鋼的屈服強度和伸長的關系示于圖11-29,各牌號見圖11-30,雙相鋼DP500的性能列于表11-13.各種雙相鋼具有無屈服點伸長,初始加工硬化速率高,變形2%~3%,使屈服強度提高140~220 MPa,屈服比在0.50~0.65,具有高的烘烤硬化性,成分為Fe-C-Si-Mn的雙相鋼組織示于圖11-31.寶鋼各類熱鍍鋅雙相鋼的能列于表11-14。


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美國鋼鐵公司(美鋼聯)也是世界上開發雙相鋼和先進高強度鋼較早的鋼鐵公司,先后開發了DP500、DP600、DP780、DP980等雙相鋼,同時也開發了TRIP600~800,其雙相鋼和TRIP鋼的典型力學性能列于表10-3,其相應的典型真應力真應變曲線對比示于圖10-1.


法國Sollac、日本 NKK和Sumitomo開發的各種雙相不銹鋼和美鋼聯的雙相不銹鋼的性能對比列于表11-15。


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Thyssenkrupp 公司也是國際上開發和應用高強度鋼和雙相不銹鋼的公司之一,有關產品經過國際上多家知名汽車公司的認證,并在中國大連建立了鍍層板公司TaGal.蒂森公司的雙相鋼產品DP-W600+ZE用于保時捷的地板縱梁,車頂蓋邊梁用雙相鋼DP-K34/60+Z,地板邊梁后橫梁,地板縱梁應用DP34/60+Z,地板前縱梁采用DP-W600+ZE的拼焊板,在寶馬系列也用了大量雙相鋼,此外蒂森公司的激光拼焊板也在汽車工業中大量應用。2002年德國本土的4個工廠,年產拼焊板超過了400萬片,阿塞勒2004年生產拼焊板40萬t.浦項已有7條拼焊板生產線。2001~2004年激光拼焊板生產量大的企業示于表11-16,采用TWB不僅降低了成本,而且還減輕了質量,減少了零件數量,更好地發揮了高強度鋼和雙相鋼的減重效果,其應用零件示于圖11-32,其拼焊板的形式有TB、普通拼焊板、TEB-I拼焊板以及PB型補片拼焊板,并可將低碳鋼板、雙相鋼板、不銹鋼板等不同類型鋼板組合在一起。






雙相不銹鋼和先進高強度鋼在汽車工業中應用是一種必然的發展趨勢,在ULSAB項目中,已經大量采用了雙相不銹鋼和先進高強度鋼。在該項目中,設定白車身滿足2004年的碰撞要求,和2000年BIW的質量相比,減重20%,且成本不增加。該白車身如圖11-33所示。項目效果列于表11-17,具體用材性能和用途列于表11-18.德國蒂森公司雙相鋼和其他高強度鋼如表11-19所示。



結構件及加強件的用鋼示意于圖 11-34 。


應用 DP 700/1000、CP 700/800和馬氏體鋼的側邊梁和橫梁結構件示意圖如圖11-35所示。應用低屈服強度的雙相鋼DP 280/600~DP 500/800的車身前后端結構件示于圖11-36.


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一些典型車型應用雙相不銹鋼和高強度的情況見圖11-37~圖11-44。


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  在我國知名品牌的汽車中,雙相不銹鋼和先進高強度鋼的應用量還有待擴大,以在減重、節能和改善碰撞安全性等方面提高國產品牌轎車的技術含量和性能,同時鋼廠生產的雙相不銹鋼和先進高強度鋼亦有待穩定質量和性能,降低成本,為擴大應用創造相應的條件,將發展勢態良好的國產汽車產業做大做強。