研究汽车轻量化往往会提及作为与碳纤维、铝合金相比较的高强钢，什么样的高强钢在以钢铁为基本材料的前提下，从结构设计、制造技术、零部件形状等多方面减轻汽车重量。让鱼和熊掌可以兼得呢？

    不夸张地说，先进高强钢的应用和发展是危机下的产物。在20世纪70年代之前，当时的汽车用钢主要性能指标是硬度。在这一方面，高强钢与软钢没有什么区别，所以在汽车上应用很少。而到了80年代，汽车业开始讲究燃油效率，迫使制造商们开始采用传统高强钢。但到了90年代，危机来了！汽车设计者们开始采用铝合金、镁合金、纤维复合材来为汽车减重。虽然这些材料的成本比钢铁要高，但是燃效和环保的压力让汽车制造商们觉得还是值得发展。而当时先进高强钢成本高、难以焊接，虽然比起传统高强钢的韧性高，但是还是难以让汽车制造商引起兴趣。

    于是，世界钢铁协会联合18个国家、34家钢企，组成“21世纪超轻量型汽车开发企业集团”，并启动了一系列项目，试图通过在以钢铁为基本材料的前提下，从结构设计、制造技术、零部件形状等多方面减轻汽车重量。

    这里可能就要问一句了，为什么钢铁如此紧张汽车业呢？谁叫它俩爱得如此深沉呢！中钢协有数据称，汽车用钢目前占国内钢产量的8%，而国外是15%。在基建市场疲软的大环境下，钢企普遍亏损，唯独几个生产汽车板的企业还能赚些钱。要是汽车这块阵地也丢了，后果可想而知……

    当然，结果还是很理想的。项目认为，先进高强钢预计使用比例超过 60%，在不增加成本的前提下，可实现车身减重 35%的目标，同时满足五星级安全碰撞标准。此后，钢铁企业和协会，时不时地论证一番：先进高强钢才是汽车业轻量化的真爱。

    车用钢材，通常可以分成：软钢、传统高强钢和第一代、第二代、第三代先进高强钢。他们各自的伸长率和抗拉强度范围如下图：

    从这个表里可以看到，软钢具有很好的伸长率，意味着加工性能非常好，但抗拉强度最高不过300Mpa以内。软钢主要有2个类别：低碳钢（Mild steel）和无间隙原子钢（IF steel）。曾经，软钢是汽车车身的主宰，但不可避免，软钢地位直线下降。

    传统高强钢有BH钢（烘烤硬化钢）、CMn钢、高强度低合金钢（HSLA），。这些钢的强化机制往往是固溶强化，强度最高可达800Mpa，比之软钢要高出一大截。

    先进高强钢的分代是按照组织来划分。第一代先进高强钢的组织主要是马氏体。但有时为了塑性，也会引入其他相。第一代先进高强钢有DP钢（双相钢）、CP钢（复相钢）、TRIP钢（相变诱导钢）等等数种。

    目前先进高强钢中应用最广泛的是DP钢。其微观组织同时包含软相铁素体和硬相马氏体，铁素体为基，马氏体位于晶界或者弥散在晶内，好比在铁素体的大海中，马氏体如同一个个小岛。正是DP钢软硬通吃，所以兼具高强度和良好成形性，主要应用在汽车结构件和安全件上。

    CP钢的微观组织是以铁素体/贝氏体为基体，包含参与奥氏体、马氏体、珠光体。由于马氏体、珠光体以及析出的复合作用，CP钢的强度从800到1180Mpa之间，比较适用于防撞杆、保险杠等安全件上。

    同CP钢一样，TRIP钢的微观结构也比较复杂。它包含了至少5%的残余奥氏体，以及贝氏体和马氏体。当形变过程中，残余奥氏体向马氏体转变时会引发塑性增强和相变强化，有助于分散强度和提高伸长率，也就是“相变诱导塑性效应”。它的塑性比DP、CP和HSS都要高，抗拉强度从590到1190Mpa。TRIP钢的能量吸收性能和可通过深冲形成复杂零件，所以可用作汽车挡板、底盘、冲击梁等等。

    马氏体钢，马氏体为基，少量的细铁素体和贝氏体相。它的强度很高，范围从900Mpa 到1700Mpa，但伸长率较差。PHS钢（淬硬钢）的强度更高，最高可达2000Mpa，但塑性很差。

    从第一代先进高强钢可以看到，基本上聚集在靠近X坐标的区域，意味着强度高，但塑性较差。尤其是强度超过1000的先进高强钢可塑性很差，能量吸收能力不足，所以应用局限性很大的。因此，第二代先进高强钢兴起。

    第二代先进高强钢主要有三种，TWIP钢（孪晶诱发塑性钢）、L-IP钢（诱发塑性轻型钢）和高强度奥氏体不锈钢。其强化机制主要有2种：相变诱导塑性（TRIP）、孪生诱导塑性（TWIP）。相变诱导塑性是靠奥氏体变形时转变成马氏体，进而让钢变得更强。像TRIP钢中，奥氏体体积含量大约在10%-15%。而像奥氏体不锈钢这样的含量可以达到100%，所以塑性比前者要高。

    TWIP钢在室温时奥氏体同样可以达到100%，但钢材形变时，高合金元素会形成孪生。同晶界一样，孪生带同样可以强化。通常，TWIP钢的伸长率可以达到50%以上，而强度大约1000Mpa。

    总体而言，第二代高强钢同时具有很高的塑性和强度，但是在汽车上应用却有很大限制，只能在高端车上才能觅得身影，因其添加高合金话元素增加了成本。

    第一代先进高强钢塑性不好，第二代又太贵，所以大家开始研究强度高、塑性好、价格还不贵的第三代先进高强钢。目前研究的第三代先进高强钢主要有2种：Q&P钢（Quenching and Partitioning）和TBF钢。

    QP 钢是一种具有TRIP 效应、 高强度与高塑性配合的马氏体钢。Q&P是指淬火配分所谓它的合金元素远低于第二代先进高强钢，其组织由残余奥氏体、铁素体和马氏体组成。

    与QP钢一样，TBF钢中合金元素也比较低，其主要组织是残余奥氏体。TBF钢目前已经在汽车白车身上有了应用。

    此外，还有正在研究中的纳米钢，也属于第三代先进高强钢的范畴。

    值得一提的是，轻量化材料战争尚未结束，铝合金、镁合金、复合材料等新兴材料对钢铁既有底盘虎视眈眈，尤以铝合金的实力最雄厚。到底鹿死谁手，犹未可知。

 

责任编辑：王元

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