纳米析出2GPa高韧性热成形钢

纳 纳 米 米 析 析 出 出 2 G P a 高 高 韧 韧 性 性 热 热 成 成 形 形 钢 钢
Via 常 州 精 密 钢 管 博 客
东 东 北 北 大 大 学 学 开 开 发 发 出 出 纳 纳 米 米 析 析 出 出 2 G P a 高 高 韧 韧 性 性 热 热 成 成 形 形 钢 钢 ， ， 推 推 动 动 我 我 国 国 超 超 高 高 强 强 汽 汽 车 车 用 用 钢 钢 研 研 发 发
针 对 新 一 代 汽 车 钢“ 高 强 、 减 重” 这 一 重 大 需 求 ， 东 北 大 学“ 先 进 冷 轧 、 热 处 理 和 涂 镀 工
艺 及 装 备 技 术” 团 队 在 高 性 能 冷 轧 汽 车 钢 工 艺 与 产 品 研 发 方 面 取 得 重 要 进 展 ： 开 发 出 纳 米 析
出2GPa 高 韧 性 热 成 形 钢 ， 并 应 用 于 北 汽 新 能 源 纯 电 动 两 座 车 型”LITE” 侧 防 撞 区 ； 在 低 碳 低
锰 和 现 有 产 线 能 力 等 多 约 束 条 件 下 开 发 出 系 列 化 超 级 淬 火 配 分 钢 （Super-Q&P ） 工 业 化 原
型 技 术 ， 其 中 全 球 首 创 的 基 于 一 步 过 时 效 处 理 的980MPa 级Q&P 钢 已 批 量 化 生 产 ， 强 塑 积
可 达27GPa·% ； 提 出 热 轧- 冷 轧- 连 续 退 火 一 体 化 控 制 的 技 术 思 路 ， 提 高 了 产 品 组 织 均 匀
性 ， 保 证 了 高 强 钢 强 塑 性 和 成 形 性 能 的 良 好 匹 配 。 上 述 研 究 成 果 突 破 高 性 能 钢 强 韧 化 的 经
典 理 论 和 关 键 技 术 瓶 颈 ， 有 助 于 推 动 我 国 汽 车 轻 量 化 钢 铁 材 料 研 发 与 应 用 达 到 国 际 领 先 水
平 。
1 、 、 引 引 言 言
近 年 来 ， 我 国 汽 车 工 业 的 快 速 发 展 给 钢 铁 行 业 带 来 巨 大 的 发 展 空 间 。 然 而 ， 在 环 保 、
节 能 和 安 全 等 多 重 挑 战 下 ， 汽 车 用 钢 的 超 高 强 化 、 汽 车 零 部 件 的 轻 量 化 已 经 成 为 钢 铁 和 汽
车 制 造 商 竞 相 追 求 的 重 要 目 标 。2011 钢 铁 共 性 技 术 协 同 创 新 中 心“ 先 进 冷 轧 、 热 处 理 和 涂 镀
工 艺 及 装 备 技 术” 方 向 针 对“ 高 性 能 冷 轧 汽 车 用 钢 工 艺 与 产 品 研 发” 这 一 重 大 需 求 ， 旨 在 通 过
物 理 冶 金 原 理 及 调 控 技 术 研 究 ， 在2GPa 热 成 形 钢 、1000-1500MPa 高 强 塑 积 冷 成 形 钢 、 热
轧- 冷 轧- 连 续 退 火 一 体 化 工 艺 等 方 面 取 得 突 破 性 进 展 ， 形 成 具 有 自 主 知 识 产 权 的 系 列 化 专 有
工 艺 技 术 ， 在 若 干 关 键 领 域 实 现 全 球 首 次 或 批 量 化 工 业 应 用 ， 助 力 我 国 超 高 强 汽 车 用 钢 研
发 向 世 界 顶 尖 水 平 迈 进 。
2 、 、 研 研 究 究 进 进 展 展 及 及 成 成 果 果
2.1 纳 米 析 出2GPa 高 韧 性 热 成 形 钢 的 开 发 及 工 业 应 用
目 前 ， 全 球 汽 车 广 泛 采 用 的 安 全 构 件 主 要 为22MnB5 钢 ， 对 其 进 行 热 冲 压 成 形 并 涂 装
后 ， 构 件 的 强 度 可 达1.5GPa ， 但 其 延 伸 率 仅 为7% 左 右 。 随 着 汽 车 轻 量 化 的 发 展 和 更 为 苛
刻 的 汽 车 碰 撞 安 全 性 要 求 ， 提 高 强 度 至2GPa 可 减 薄 材 料 厚 度20% ， 进 一 步 实 现 轻 量 化 ， 然
而 ， 其 瓶 颈 在 于 ： 如 何 在 现 有 热 冲 压 条 件 下 ， 不 增 加 额 外 工 艺 ， 确 保2GPa 级 热 成 形 钢 达 到
22MnB5 钢 同 等 延 伸 率 和 韧 性 ， 以 实 现 更 优 异 的 碰 撞 吸 能 效 果 。 冷 冲 压 成 形 钢 通 过 钢 铁 厂 的
连 续 退 火 线 生 产 ， 可 在 其 柔 性 的 几 乎 任 意 的 热 工 曲 线 下 实 现 其 相 变 和 强 韧 化 的 组 织 调 控 。
而 热 冲 压 工 艺 过 程 的 热 工 曲 线 固 定 ， 板 材 高 温 下 成 形 后 直 接 在 模 具 内 淬 火 ，3-8s 内 快 冷 至
马 氏 体 相 变 结 束 温 度 ， 对 该 工 艺 条 件 的 任 何 改 变 都 将 带 来 制 造 成 本 的 增 加 或 构 件 形 状 变 形马 氏 体 相 变 结 束 温 度 ， 对 该 工 艺 条 件 的 任 何 改 变 都 将 带 来 制 造 成 本 的 增 加 或 构 件 形 状 变 形
等 问 题 。 仅 简 单 通 过 提 高 碳 含 量 的 方 式 提 高 热 成 形 钢 抗 拉 强 度 会 导 致 其 延 伸 率 和 韧 性 降
低 ， 如 何 使1.8-2.0GPa 级 热 成 形 钢 达 到22MnB5 的 良 好 韧 性 ， 这 是 一 个 巨 大 的 工 程 难 题 。
东 北 大 学 易 红 亮 教 授 带 领 技 术 团 队 ， 针 对 汽 车 用1.8GPa 以 上 超 高 强 钢 的 强 度 与 韧 性 、
延 伸 率 间 的 矛 盾 这 一 难 题 ， 积 极 探 索 ， 大 胆 创 新 ， 提 出 将 钒 微 合 金 与 热 冲 压 工 艺 条 件 耦 合
实 现 热 冲 压 钢 晶 粒 细 化 ， 并 通 过 纳 米 碳 化 钒 析 出 降 低 马 氏 体 中 的 碳 含 量 ， 从 物 理 上 抑 制
1.8GPa 以 上 超 高 强 钢 脆 性 马 氏 体 的 生 成 ， 从 而 根 本 上 改 善 材 料 韧 性 ， 再 以 马 氏 体 强 化 、 晶
粒 细 化 、 纳 米 碳 化 钒 析 出 复 合 强 化 机 制 实 现 强 度 突 破2GPa ， 避 免 因 单 一 强 化 机 制 过 高 而 导
致 热 冲 压 成 形 用 钢 的 韧 性 和 延 伸 率 恶 化 。
通 用 汽 车 评 价 结 果 表 明 ， 该 材 料 相 比 目 前 工 业 应 用 的 热 成 形 钢22MnB5 性 能 提 高20% 以
上 ， 比 全 球 各 大 钢 铁 巨 头 开 发 的1.8GPa 级 热 冲 压 钢 性 能 提 高10% 以 上 。 纳 米 析 出2GPa 钢
在 模 具 淬 火 状 态 即 可 达 到2121MPa 的 超 高 强 度 和8% 的 延 伸 率 ， 涂 装 回 火 后 延 伸 率 提 升 至
9% 左 右 。
通 过 帽 型 件 三 点 弯 曲 试 验 测 试 发 现 ， 纳 米 析 出2GPa 热 成 形 钢 对 比22MnB5 性 能 提 高 约
20% ； 对 比 国 际 前 沿1.8GPa 级 以 上 热 成 形 钢 性 能 提 高 约10% 以 上 。 同 时 ， 在 国 际 上 ， 首 次
实 现 了2GPa 级 热 冲 压 钢 必 须 通 过 回 火 来 改 善 韧 性 的 技 术 突 破 。 纳 米 析 出2GPa 钢 在 实 验 室
研 发 成 功 后 ， 进 行 了 北 汽 新 能 源“LITE” 车 型 的 车 门 防 撞 钢 梁 热 冲 压 件 及 长 安 汽 车 的B 柱 加 强
件 等 汽 车 车 身 零 部 件 的 工 业 试 制 ， 经 测 试 分 析 ， 其 性 能 均 达 到 了2GPa 超 高 强 度 ，8% 以 上
的 延 伸 率 。
2016 年 ， 纳 米 析 出2GPa 热 成 形 钢 车 门 防 撞 钢 梁 热 冲 压 件 成 功 焊 接 装 车 ， 同 时 进 行 了 实
车 碰 撞 性 能 测 试 （ 如 图1 所 示 ） ， 溃 缩10mm 弯 曲 变 形 未 发 生 断 裂 ， 验 证 了 该 材 料 的 高 强 韧
性 。2017 年 ， 该2GPa 钢 在 本 钢 集 团 成 功 完 成 批 量 生 产 ， 并 商 业 化 应 用 于 北 汽 新 能 源 纯 电 动
两 座 车 型“LITE” 侧 防 撞 区 ， 成 功 实 现 车 身 相 关 零 部 件 减 重10%-15% ， 这 也 是2GPa 级 超 高 强
钢 在 全 球 范 围 内 首 次 投 入 批 量 化 工 业 应 用 。 除 此 之 外 ， 在 工 艺 设 计 上 ， 该 钢 板 基 于 创 新 的钢 在 全 球 范 围 内 首 次 投 入 批 量 化 工 业 应 用 。 除 此 之 外 ， 在 工 艺 设 计 上 ， 该 钢 板 基 于 创 新 的
材 料 设 计 ， 不 需 通 过 回 火 来 改 善 韧 性 ， 减 少 了 汽 车 零 部 件 的 制 造 工 艺 环 节 ， 为 汽 车 企 业 大
幅 降 低 了 生 产 成 本 ， 经 济 效 益 十 分 可 观 。
2.2 新 一 代 高 强 韧 高 成 形 性 汽 车 用 钢 的 研 究 与 开 发
为 应 对 节 能 减 排 、 绿 色 环 保 和 提 高 安 全 性 能 的 巨 大 压 力 ， 开 发 高 强 度 、 高 韧 塑 性 、 轻
质 低 密 度 的 汽 车 用 钢 已 成 为 钢 铁 和 汽 车 行 业 所 面 临 的 迫 切 任 务 。 先 进 高 强 钢 的 研 究 和 开 发
大 致 经 历 了 三 个 阶 段 ， 第 一 代 主 要 以 无 间 隙 原 子 钢 、 高 强 度 低 合 金 钢 、C-Mn 钢 、 烘 烤 硬 化
钢 、 双 相 钢 、 应 变 诱 导 塑 性 钢 、 复 相 钢 、 马 氏 体 钢 为 代 表 ， 这 也 是 目 前 主 流 的 商 业 化 汽 车
钢 品 种 ， 但 是 较 低 的 合 金 含 量 导 致 强 塑 性 能 不 能 兼 顾 ， 强 塑 积 通 常 在10-20GPa·% 范 围 内 。
随 着 人 们 对 强 度 及 韧 塑 性 要 求 的 不 断 提 高 ， 以 轻 质 诱 导 塑 性 钢 、 微 观 带 诱 导 塑 性 钢 以 及 孪
晶 诱 导 塑 性 钢 为 代 表 的 第 二 代 钢 凭 借 奥 氏 体 内 部 微 观 带 、 孪 生 等 主 导 的 特 殊 变 形 机 制 大 幅
度 提 高 了 强 塑 性 能 ， 强 塑 积 可 达50-70GPa·% ， 但 是 该 类 合 金 钢 添 加 了 大 量 的 锰 、 硅 、 镍 和
铝 等 合 金 元 素 ， 导 致 其 成 本 较 高 、 工 艺 性 能 较 差 、 冶 炼 及 生 产 难 度 极 大 。 为 了 同 时 满 足 低
成 本 、 高 性 能 和 易 于 工 业 化 的 要 求 ， 以 淬 火 配 分 钢 （Q&P ） 、 中 锰 钢 、 纳 米 晶 钢 （Nano-
Steel ） 为 代 表 的 第 三 代 汽 车 钢 应 运 而 生 ， 凭 借 高 于 第 一 代 钢 的 性 能 优 势 及 低 于 第 二 代 钢 的
成 本 优 势 而 备 受 青 睐 。 但 是 ， 当 前 面 临 的“ 卡 脖 子” 问 题 就 是 工 业 化 制 造 难 度 大 ， 与 技 术 成 熟
的 商 业 化 （ 第 一 代 ） 汽 车 钢 相 比 ， 由 于 合 金 元 素 （C 、Mn 、Al 、Si 等 ） 含 量 的 增 加 ， 给 传
统 的 冶 炼 、 连 铸 、 轧 制 、 热 处 理 等 装 备 与 工 艺 带 来 了 很 大 的 挑 战 ， 甚 至 可 以 说 存 在 难 以 逾
越 的 技 术 瓶 颈 。 首 先 ， 需 要 解 决 厚 板 坯 连 铸 问 题 。 常 规 厚 板 坯 中 高 锰 钢 连 铸 过 程 中C 、Mn
等 元 素 偏 析 严 重 ， 铸 坯 表 面 、 心 部 冷 速 差 异 造 成 大 的 内 应 力 导 致 内 部 裂 纹 ， 并 且 心 部 出 现
的 粗 大 柱 状 晶 组 织 导 致 后 续 轧 制 时 形 成 严 重 的 表 面 缺 陷 ； 高Al 钢 连 铸 过 程 易 引 起 水 口 堵
塞 、 保 护 渣 传 热 及 润 滑 特 性 发 生 改 变 。 其 次 ， 轧 制 开 裂 及 冷 轧 机 负 荷 极 限 问 题 。 常 规 流 程
中 ， 冗 长 的 热 轧 过 程 易 引 起Mn-Al 钢 带 状 组 织 界 面 析 出 大 量 薄 膜 状 碳 化 物 造 成 相 界 面 间 隙 及
热 轧 开 裂 ； 中 锰 钢 热 轧 板 通 常 要 经 历 大 压 缩 比 冷 轧 ， 而 马 氏 体 冷 轧 平 均 流 变 应 力 超 过
2000MPa ， 显 然 全 马 氏 体 冷 轧 难 以 实 现 ； 即 使 经 过 中 间 罩 式 退 火 处 理 形 成α+γ 组 织 ， 在 大
压 缩 比 冷 轧 后 期 仍 会 出 现 大 量 马 氏 体 ， 并 且 罩 式 退 火 易 生 成 渗 碳 体 导 致 分 层 开 裂 ， 轧 制 难
度 依 然 极 大 。 再 次 ， 冷 轧 高 强 中 锰 钢 退 火 产 品 往 往 存 在 较 长 的 吕 德 斯 带 应 变 ， 严 重 影 响 了
冲 压 过 程 中 钢 件 的 表 面 质 量 。 这 也 是 目 前 在 中 锰 钢 成 形 应 用 过 程 中 所 遇 到 最 为 棘 手 的 问 题
之 一 。 此 外 ， 锰 配 分 过 程 与 连 续 退 火 工 艺 的 匹 配 、 高 合 金 含 量 下 的 中 高 锰 钢 焊 接 技 术 以 及
延 伸 凸 缘 成 形 过 程 的 裂 纹 敏 感 性 等 问 题 都 是 目 前 主 要 依 赖 锰 配 分 实 现 强 韧 化 的 第 三 代 钢 工
业 化 过 程 所 面 临 的 技 术 瓶 颈 。
正 是 上 述 原 因 使 第 三 代 钢 工 业 化 技 术 进 展 缓 慢 ， 只 有 在 现 有 生 产 流 程 、 工 艺 装 备 和 合
金 体 系 框 架 下 ， 开 发 高 强 韧 高 塑 性 高 成 形 性 钢 铁 材 料 ， 解 决 诸 如 长 吕 德 斯 带 缺 陷 以 及 其 他
成 形 焊 接 问 题 ， 才 有 可 能 从 根 本 上 解 决 第 三 代 钢 制 造 过 程 的 技 术 瓶 颈 ， 使 其 真 正 成 为 适 合成 形 焊 接 问 题 ， 才 有 可 能 从 根 本 上 解 决 第 三 代 钢 制 造 过 程 的 技 术 瓶 颈 ， 使 其 真 正 成 为 适 合
工 业 化 的 新 一 代 先 进 汽 车 钢 商 业 化 产 品 。 为 此 ， 东 北 大 学 许 云 波 教 授 研 究 了 基 于 传 统 合 金
和 工 业 条 件 约 束 的 先 进 钢 铁 材 料 典 型 微 结 构 演 化 以 及 增 强 、 增 塑 和 增 韧 机 理 ， 为 破 解 第 三
代 钢 的 工 业 化 难 题 提 供 了 新 的 解 决 方 案 ， 研 究 成 果 具 有 重 要 的 科 学 意 义 和 广 阔 的 应 用 潜
力 。
在 低 成 本 、 减 量 化 成 分 体 系 基 础 上 ， 将 多 尺 度 组 织 细 化 、 残 余 应 变 控 制 、 贝 氏 体 碳 配
分 与 奥 氏 体 稳 定 性 相 关 联 ， 提 出 一 种 非 等 温 （ 连 续 冷 却 ） 过 程 中 实 现 碳 原 子“ 动 态 配 分
（DQ&P ）” 的 工 艺 理 念 ， 利 用 热 轧- 动 态 配 分 和 大 应 变 冷 轧- 快 速 退 火 等 方 法 ， 促 进TRIP 效
应 的 最 大 化 。 系 统 研 究 了 新 型 中 锰 钢 形 变 热 处 理 过 程 特 征 微 结 构 演 变 与 调 控 机 理 ， 分 析 了
奥 氏 体 稳 定 性 的 主 要 影 响 因 素 及 其 物 理 本 质 ， 揭 示 了“ 多 峰 值” 加 工 硬 化 行 为 与 不 连 续TRIP
效 应 的 关 系 ， 阐 明 了 静 、 动 态 载 荷 下 特 殊 的 塑 性 变 形 机 制 及 其 增 强 、 增 塑 、 增 韧 机 理 。 在
此 基 础 上 ， 提 出 新 颖 的“ 双 尺 度+ 双 结 构” 组 织 设 计 思 想 ， 有 效 提 高 了 溶 质 原 子 配 分 效 率 ， 实
现 了 奥 氏 体 晶 粒 尺 寸 、 形 貌 特 征 、 体 积 分 数 和 稳 定 性 的 最 优 匹 配 ， 优 化 了 材 料 塑 性 流 动 和
变 形 协 调 行 为 ， 进 一 步 提 高 了 钢 的 强 韧 性 能 。
围 绕Fe-3wt%Mn 钢 不 同 热 处 理 工 艺 下 组 织 结 构 、 铁 素 体 状 态 、 奥 氏 体 含 量 、 锰 元 素 配
分 行 为 、TRIP 效 应 及 加 工 硬 化 行 为 之 间 的 关 联 机 理 ， 重 点 分 析 不 同 退 火 工 艺 下 逆 转 变 奥 氏
体 的 形 成 及 富 锰 化 机 制 。 研 究 结 果 表 明 ， 优 化 退 火 工 艺 可 促 进 锰 元 素 的 配 分 动 力 学 ， 为 后
续 奥 氏 体 的 保 留 提 供 了 较 高 的 锰 浓 度 梯 度 ， 同 时 改 变 了 奥 氏 体 的 形 貌 结 构 ， 有 效 提 高 了 成
品 组 织 中 残 余 奥 氏 体 的 含 量 并 细 化 奥 氏 体 晶 粒 。 多 形 态 奥 氏 体 在 拉 伸 变 形 过 程 中 持 续 提 供
TRIP 效 应 ， 大 幅 度 改 善 实 验 钢 的 加 工 硬 化 行 为 ， 使 得 抗 拉 强 度 达 到1040MPa 的 同 时 断 后 延
伸 率 达40% 以 上 ， 起 到 明 显 的 增 强 增 塑 效 果 。 采 用 多 阶 段 轧 制 及 温 轧 退 火 工 艺 ， 调 控 显 微
组 织 结 构 及 残 余 奥 氏 体 含 量 及 稳 定 性 ， 明 确 了 亚 稳 残 余 奥 氏 体 的 增 韧 机 理 。 在 此 基 础 上 ，
采 用 层 状 结 构 增 韧 设 计 ， 挑 战 钢 铁 材 料 韧 性 极 限 ， 开 发 了 抗 拉 强 度1150MPa 以 上 ，-60 ℃
以 上 冲 击 功 ＞450J 的 超 高 强 韧 钢 板 原 型 技 术 ， 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。在 低 碳 低 锰 低 合 金 和 现 有 产 线 能 力 等 多 约 束 条 件 下 ， 国 际 上 首 次 采 用 碳 锰 配 分 和 应 变
配 分 协 同 调 控 机 制 开 发 出 系 列 化 超 级 淬 火 配 分 钢 （Super-Q&P ） 的 工 业 化 原 型 技 术 ， 其 中
1000MPa 级 延 伸 率25%-40% ，1200MPa 级18%-24% ，1400MPa 级20% （ 如 图2 所 示 ） 。
新 开 发 钢 种 力 学 性 能 达 到 或 超 过 中 锰 钢 水 平 ， 而 合 金 成 本 和 生 产 难 度 大 幅 度 降 低 ， 特 别 是
Mn 含 量 降 低 到3wt% 以 下 ， 塑 性 比 现 有Q&P 钢 可 提 高 一 倍 ， 这 是 一 种 非 常 适 合 现 有 产 线 及
工 艺 的 全 新 第 三 代 汽 车 钢 品 种 ， 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。 此 外 ， 针 对 冷 轧 高 强 中 锰 钢 中 普 遍
存 在“ 较 长 吕 德 斯 带” 的 世 界 性 难 题 ， 在 系 统 研 究 其 形 成 机 制 的 基 础 上 ， 提 出“ 微 纳 米 双 相 结
构 与 高 加 工 硬 化 能 力” 的 组 织 控 制 思 路 ， 通 过 优 化 应 变 配 分 和 调 控 塑 性 变 形 机 制 ， 开 发 了 消
除 吕 德 斯 带 的 微 结 构 精 细 控 制 技 术 ， 获 得 了 无 吕 德 斯 带1000-1200MPa 级 高 性 能Mn-TRIP
原 型 钢 。针 对 现 有Q&P 钢 成 形 性 较 低 、 工 艺 成 本 高 和 依 赖 专 用 退 火 线 等 局 限 性 ， 依 托 国 内 某 传
统 连 续 退 火 生 产 线 世 界 首 创 基 于 一 步 过 时 效 处 理 的 高 延 伸Q&P 钢 生 产 技 术 （ 如 图3 所 示 ） ，
工 业 成 品 板 屈 服 强 度≥600MPa ， 抗 拉 强 度≥980MPa ， 断 后 延 伸 率 可 达 到25% 以 上 ， 综 合 性
能 表 现 优 异 。 与 同 级 别“ 两 步 配 分” 商 业 化 钢 种 相 比 ， 新 技 术 温 控 路 径 简 单 ， 配 分 窗 口 灵 活 ，
生 产 衔 接 顺 畅 高 效 ， 工 艺 成 本 降 低 ， 仅 取 消“ 感 应 提 温” 一 项 就 可 以 节 约 电 费50-100 元/ 吨 。
而 且 ， 新 产 品 典 型 组 织 和 力 学 性 能 表 现 优 异 ， 通 卷 性 能 波 动 小 ， 抗 回 火 稳 定 性 强 ， 显 微 组
织 中 残 奥 体 积 分 数 提 高2%-6% ， 断 后 延 伸 率 增 加2%-4% ， 强 塑 积 可 达27GPa·% 以 上 。 电 阻
点 焊 及 成 形 性 能 与“ 两 步 配 分” 产 品 典 型 值 基 本 相 当 ， 其 中 折 弯 、 回 弹 等 性 能 更 优 ，1.6mm 板
临 界 相 对 弯 曲 半 径 降 至1.5mm 左 右 ，90° 折 弯 回 弹 角 可 达 到 约14° 。 此 外 ， 与 同 级 别 冷 轧 双
相 钢 （DP ） 、 相 变 诱 发 塑 性 钢 （TRIP ） 相 比 ， 不 仅Cr 、Mo 及Nb 、V 、Ti 等 合 金 成 本 大 幅
度 降 低 ， 而 且 钢 材 韧 塑 性 、 成 形 性 和 延 伸 凸 缘 性 等 显 著 提 高 ， 特 别 是 延 伸 率 达 到 了 同 级 别
DP 钢 的 两 倍 以 上 。 新 型Q&P 钢 可 用 于 横 梁 、 纵 梁 、 车 窗 框 架 、 保 险 杠 及 地 板 加 强 件 等 汽 车
结 构 件 （ 图4 ） ， 通 过 减 薄 零 件 厚 度 ， 减 少 燃 油 损 耗 ， 有 效 实 现 节 能 降 耗 。 例 如 ， 使 用
QP980 替 代DP600 ， 工 件 厚 度 由1.2mm 减 薄 至1.0mm ， 减 重10%-20% 。 同 时 ， 汽 车 安 全 性
显 著 提 高 ， 在 正 常 碰 撞 下 人 员 死 亡 率 大 幅 度 下 降 。
2.3 冷 轧 高 强 钢 的 热 轧- 冷 轧- 退 火 一 体 化 控 制 工 艺 研 究
在 汽 车 制 造 中 ， 汽 车 前 后 纵 梁 、 侧 梁 等 受 力 结 构 件 和 加 强 件 需 要 有 良 好 的 抗 变 形 能
力 ， 即 需 要 有 高 的 屈 服 强 度 和 高 的 屈 强 比 。 由 于 对 微 合 金 元 素 有 严 格 的 用 量 限 制 ， 加 之 连
退 过 程 中 微 合 金 元 素 析 出 的 控 制 上 存 在 难 度 ， 实 际 生 产 和 使 用 过 程 中 往 往 出 现 几 方 面 问
题 ： 其 一 ， 出 现 屈 服 强 度 偏 低 或 强 度 与 延 伸 之 间 的 跷 跷 板 效 应 ； 其 二 ， 出 现 折 弯 开 裂 等 成
形 问 题 ； 其 三 ， 钢 板 横 纵 向 力 学 性 能 差 异 大 ， 影 响 使 用 。 为 了 解 决 上 述 难 题 ， 东 北 大 学 蓝
慧 芳 副 教 授 采 用 热 轧- 冷 轧- 退 火 一 体 化 的 工 艺 控 制 思 路 ， 通 过 控 制 热 轧 冷 却 过 程 中 的 相 变 及慧 芳 副 教 授 采 用 热 轧- 冷 轧- 退 火 一 体 化 的 工 艺 控 制 思 路 ， 通 过 控 制 热 轧 冷 却 过 程 中 的 相 变 及
析 出 行 为 ， 结 合 冷 轧 及 冷 轧 后 连 退 过 程 中 的 铁 素 体 再 结 晶 、 奥 氏 体 相 变 及 微 合 金 元 素 析 出
行 为 调 控 ， 提 高 最 终 产 品 组 织 均 匀 性 ， 并 通 过 控 制 连 退 过 程 中 微 合 金 元 素 的 析 出 行 为 ， 获
得 良 好 的 析 出 强 化 效 果 ， 从 而 保 证 强 度 、 塑 性 和 成 形 性 能 的 良 好 匹 配 。
研 究 了 不 同 热 轧 工 艺 条 件 下 ， 冷 轧 后 连 续 退 火 过 程 中 的 铁 素 体 再 结 晶 行 为 ， 弄 清 了 基
于 一 体 化 控 制 的 铁 素 体 再 结 晶 规 律 。 比 较 常 规 工 艺 和 新 工 艺 两 种 工 艺 条 件 下 的 铁 素 体 再 结
晶 动 力 学 曲 线 以 及 试 验 数 据 ， 可 以 看 出 ， 常 规 工 艺 条 件 下 再 结 晶 完 成 所 需 时 间 明 显 延 长 。
计 算 表 明 ， 新 工 艺 条 件 下 再 结 晶 激 活 能 仅 为 常 规 条 件 的1/2 左 右 ， 为 铁 素 体 再 结 晶 和 析 出 的
顺 序 控 制 提 供 了 依 据 。 此 外 ， 通 过 一 体 化 控 制 可 以 保 证 在 铁 素 体 发 生 完 全 再 结 晶 的 基 础
上 ， 获 得 良 好 的 析 出 强 化 效 果 。 基 于 一 体 化 控 制 的 组 织 控 制 思 路 ， 进 行 了 工 业 推 广 应 用 。
结 果 表 明 ， 该 工 艺 条 件 下 可 实 现 ：1 ） 强 度 升 级 ， 从 而 节 约 合 金 成 本 ；2 ） 降 低 均 热 温 度 ，
从 而 降 低 加 热 能 耗 ；3 ） 力 学 稳 定 性 提 高 。
高 强 度 冷 轧 双 相 钢 通 常 用 于 冲 压 如 汽 车B 柱 、 座 椅 框 架 等 形 状 复 杂 的 部 件 。 然 而 在 诸 如
小 半 径 弯 曲 、 延 伸 凸 缘 这 类 局 部 成 形 过 程 中 ， 高 强 度 双 相 钢 往 往 出 现“ 不 可 预 计” 的 开 裂 现
象 。 因 此 ， 高 强 度 双 相 钢 在 成 形 过 程 中 遇 到 了 极 大 挑 战 。 双 相 钢 折 弯 开 裂 原 因 在 于 变 形 过
程 中 马 氏 体 带 断 裂 ， 为 成 形 开 裂 提 供 裂 纹 源 ， 从 而 显 著 降 低 局 部 成 形 性 能 。 因 此 ， 消 除 冷
轧 产 品 中 的 带 状 组 织 、 提 高 组 织 均 匀 性 ， 是 提 高 局 部 成 形 性 能 的 重 要 手 段 。 为 此 ， 研 究 者
提 出 了 热 轧- 冷 轧- 连 续 退 火 一 体 化 控 制 思 路 。 研 究 合 金 元 素 、 热 轧 、 冷 轧 和 连 退 工 艺 对 相
变 、 析 出 行 为 及 连 续 退 火 过 程 中 的 铁 素 体 再 结 晶 和 相 变 行 为 的 影 响 规 律 ， 明 确 组 织 分 布 对
力 学 性 能 和 折 弯 性 能 的 影 响 规 律 。 连 续 退 火 加 热 过 程 中 ， 铁 素 体 再 结 晶 对 后 续 奥 氏 体 相 变
的 形 核 和 长 大 均 有 重 要 影 响 。 为 此 ， 通 过 对 比 研 究 ， 弄 清 了 一 体 化 控 制 工 艺 条 件 下 的 铁 素
体 再 结 晶 规 律 ， 为 后 续 马 氏 体 形 态 和 分 布 控 制 提 供 了 依 据 。 常 规 工 艺 和 新 工 艺 条 件 下 铁 素
体 的 再 结 晶 动 力 学 曲 线 对 比 可 以 发 现 ， 新 工 艺 条 件 下 ， 铁 素 体 发 生 完 全 再 结 晶 所 需 时 间 明
显 缩 短 。 经 回 归 分 析 ， 得 到 新 工 艺 下 铁 素 体 再 结 晶 激 活 能 显 著 降 低 。连 续 加 热 过 程 中 奥 氏 体 相 变 动 力 学 直 接 影 响 后 续 冷 却 过 程 中 马 氏 体 分 数 ， 因 而 对 性 能
产 生 重 要 影 响 。 为 此 ， 综 合 考 虑 相 变 过 程 中 的 相 界 面 移 动 及 元 素 扩 散 两 方 面 因 素 ， 进 行 了
相 变 动 力 学 模 拟 与 实 验 验 证 ， 实 现 了 不 同 组 织 条 件 下 的 奥 氏 体 相 变 动 力 学 精 确 预 测 。 此
外 ， 研 究 了 铁 素 体 再 结 晶 对 组 织 均 匀 性 的 影 响 规 律 。 发 现 ， 随 铁 素 体 再 结 晶 分 数 提 高 ， 奥
氏 体 形 核 位 置 更 加 均 匀 ， 有 利 于 最 终 马 氏 体 分 布 均 匀 性 的 提 高 。 通 过 一 体 化 控 制 工 艺 ， 获
得 了 强 塑 性 匹 配 良 好 的DP780 。 通 过 组 织 及 局 部 成 形 性 能 评 估 可 以 看 出 ， 一 体 化 控 制 工 艺
可 显 著 提 高 组 织 均 匀 性 ， 所 开 发 高 成 形 性 双 相 钢 局 部 成 形 性 能 优 势 明 显 ， 如 图5 所 示 。
3 、 、 结 结 语 语
上 述 研 究 成 果 围 绕 新 一 代 高 强 韧 汽 车 用 钢 的 设 计 、 研 发 、 生 产 与 应 用 全 链 条 ， 在 深 度
挖 掘 现 有 装 备 和 工 艺 能 力 的 基 础 上 ， 突 破 高 性 能 钢 强 韧 化 的 经 典 理 论 和 关 键 技 术 瓶 颈 ， 大
幅 度 降 低 合 金 成 本 和 工 业 制 造 难 度 ， 有 助 于 推 动 我 国 汽 车 轻 量 化 钢 铁 材 料 研 发 与 应 用 达 到
国 际 领 先 水 平 。
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分 类: 中 国 企 业 与 钢 厂 | Tags: 钢 铁 性 能 ， 机 械 性 能 ， 钢 铁 ， 生 产 技 术 ， 工 艺 ， 钢 厂 ， 中 国 制 造 ， 国 产 钢 材 ， 材 料 成 型 ， | 添 加
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