HSS:高强钢(high strength steel), AHSS先进高强度钢:(advanced high strength steel) ,是基于高强度钢(HSS)提出来的.

AHSS

先进高强度钢,国际钢铁协会( IISI) 先进高强钢应用指南第三版中将高强钢分为传统高强钢(Conventional HSS) 和先进高强钢(AHSS) 。传统高强钢、烘烤硬化(BH) 钢、高强度无间隙原子(HSS -IF) 钢和高强度低合金(HSLA) 钢;AHSS 主要包括双相(DP) 钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相(CP) 钢、热成形(HF) 钢、孪晶诱导塑性(TWIP) 钢和淬火分离(QP)钢;AHSS的强度 在500MPa到1500MPa之间,具有很好吸能性,在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用,已经广泛应用于汽车工业,和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件; DP钢最早于1983年由瑞典SSAB钢板有限公司实现量产。

先进高强度钢,也称为高级高强度钢,其英文缩写为AHSS(Advanced High Strength Steel)。国际钢铁协会( IISI) 先进高强钢应用指南第三版中将高强钢分为传统高强钢(Conventional HSS) 和先进高强钢(AHSS) 。

传统高强钢主要包括碳锰钢(C -Mn)、烘烤硬化(BH) 钢、高强度无间隙原子(HSS -IF) 钢和高强度低合金(HSLA) 钢;AHSS 主要包括双相钢(DP)、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相钢(CP)、热成形(HF) 钢和孪晶诱导塑性(TWIP) 钢;AHSS的强度在500MPa到1500MPa之间,具有很好吸能性,在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用,已经广泛应用于汽车工业,主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件; DP钢最早于1983年由瑞典SSAB钢板有限公司实现量产。

双相钢组成是铁素体基体包含一个坚硬的第二相马氏体。通常强度随着第二相的体积分数的增加而增加。在某些情况下,热轧钢需要在边缘提高抗拉强度(典型的措施是通过空穴的扩张能力),这样热轧钢便需要具有了大量的重要的贝氏体结构。

在双相钢中,在实际冷却速度中形成的马氏体中的碳式钢的淬硬性增加。锰、铬、钼、钒、和镍元素单独添加或联合添加也能增加钢的淬硬性。碳、硅和磷也加强了作为铁素体溶质的马氏体的强度。

高强度及高延性钢的微观组织是在铁素体基体中还保留着残余奥氏体组织。除了体积分数最少为5%的残余奥氏体外,还存在着不同数额的马氏体和贝氏体等坚硬组织。

具有代表性的多相钢需要很高的抗拉强度极限才能转变成钢。多相钢的组成是有细小的铁素体组织和体积分数较高的坚硬的相,并且细小的沉淀使其强度进一步加强。和双相钢和高强度、高延性钢一样,多相钢也包含了很多和它们相同的合金元素,但也经常有少量的铌、钛、和钒形成细小的、高强度的沉淀物。在抗拉强度值在800MPa或更高时,多相钢表现出了更高的屈服强度。多相钢的典型特征是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的残余变形能力。

为了生成马氏体钢,在热轧或退火中存在的奥氏体在淬火和连续退火曲线中的冷却阶段全部转变成马氏体。该结构也会在成形后的热处理过程中形成。马氏体钢具有非常高的强度,抗拉强度极限达到了1700MPa。马氏体钢经常需要用等温回火来提高其韧性,这样便能在具有极高的强度的同时具有很好的成形性。

所有的先进高速钢的生产都要控制奥氏体相或奥氏体加铁素体相的冷却速度,可以在外围表面进行热磨削(如热轧产品),也可以在连续退火炉中局部冷却(连续退火或热浸涂产品)。马氏体钢是通过快速淬火致使大部分奥氏体转变成马氏体相而产生的。铁素体加马氏体双相钢的生产,是通过控制其冷却速度,使奥氏体相(见于热轧钢中)或铁素体+马氏体双相(见于连续退火和热浸涂钢中)在残余奥氏体快速冷却转变成马氏体之前,将其中一些奥氏体转变成铁素体。TRIP钢通常需要保持在中温等温的条件以产生贝氏体。较高的硅碳含量使TRIP钢在最后的微观结构含过多的残余奥氏体。多相钢还遵循一个类似的冷却方式,但这种情况之下,化学元素的调整会产生极少的残余奥氏体并形成细小的析出以加强马氏体和贝氏体相。

高速钢(HSS)是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢,又称高速工具钢或锋钢,俗称白钢。高速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。

高速钢的工艺性能好,强度和韧性配合好,因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具,也可制造高温轴承和冷挤压模具等。除用熔炼方法生产的高速钢外,20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢,它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。

安米集团北美公司推出新AHSS产品

安米集团北美公司推出了Fortiform®980 Extragal®新产品,扩展了其AHSS产品系列范围。该钢种专为汽车行业设计,用于解决液态金属脆化和最佳焊接强度等问题,这些问题对车辆在碰撞过程中受到影响的结构部件(包括前后轨)至关重要。此外,新钢种与传统AHSS相比,在减重高达20%的同时能够满足汽车日益严格的碰撞及安全要求。

安米集团印第安纳州研究中心首席研究工程师Hassan Ghassemi Armaki说道:“冷冲压用新型Fortiform®980 Extragal®系列AHSS产品性能在超越第二代AHSS产品的同时,拥有更高的强度和优异的成形性、延展性,为AHSS在车身工程中应用开拓了重要的新机遇。对于汽车生产商而言,这是一个至关重要的优势,因为它们正面临车辆进一步减重的压力,而车辆减重是提高燃油经济性战略的一部分。”

目前新钢种仅提供给北美市场,并很快将在欧洲推出。

汽车用先进高强钢(AHSS)的“代沟”

近年来,常规钢种的利润越来越微薄,而汽车用先进高强钢作为有一定技术门槛,且符合“高强减薄”环保理念的产品,发展趋势和利润都相当不错,也是大家比较关心的一类高附加值产品。

汽车用先进高强钢每一代每一款钢种都有其特点,常规性能看上去相近但不能混用。本文虽然会有些枯燥,但是花点时间学习,了解他们的特性,对于提高工作效率还是非常有帮助的。

汽车用先进高强钢目前的发展状况

近几十年来,汽车用先进高强度钢(AHSS-Advanced High Strength Steel)是材料的研发重点,目前世界钢协根据研发历史及其特点,将之分为三代。

第一代以铁素体为基的AHSS钢的强塑积为15 GPa%以下;

第二代以奥氏体为基的AHSS钢的强塑积为50 GPa%以上,其合金含量高和生产工艺控制困难导致成本高,因此正研发第三代多相AHSS钢,通过多相、亚稳和多尺度的组织精细调控,其强塑积约为20 -40GPa%。

第三代AHSS钢以提高第一代AHSS钢强度、塑性和降低第二代AHSS合金含量、生产成本两方面进行研发。现有及已发中的AHSS钢种大致分布情况如下图。

基于延伸率--抗拉强度关系的现有及开发中的

AHSS“香蕉图”

注:强塑积=抗拉强度 × 延伸率(单位为GPa%),用于简单评价强度和塑形的平衡关系。

三代汽车用先进高强钢的区别和特点

第一代

主要包括双相( DP)钢、多相( CP)钢和相变诱导塑性( TRIP)钢,铁素体贝氏体钢(FB/SF),马氏体钢(MS/PHS)等。

第一代合金含量低,主要是以铁素体为主的多相显微组织。双相钢是目前使用最多的一种先进高强钢,除了强度高、成型性好外,还具有易于焊接加工的优点。TRIP钢兼具良好的强度和延伸性能,其残余奥氏体相通过应变诱导相变转化成马氏体相,从而提高了应变硬化指数。第一代AHSS的屈服强度通常不小于280/300 MPa,抗拉强度不小于590/600 MPa,其成形性能优于同等强度级别的HSLA。

第二代

包括奥氏体孪晶诱导塑性( TWIP) 钢、诱导塑性轻钢(L-IP)和剪切带强化(SIP)钢。第二代先进高强钢机械虽然有很高的强度和极好的塑性,但是由于其含有大量的Mn元素,成本很高,而且具有较低的屈服强度(约280MPa),对于结构件是不利的。此外,这些合金的加工难度非常大,而且TWIP钢还易于产生延迟裂纹。第二代AHSS的抗拉强度通常在1000 MPa ,断后伸长率通常为50–60 %。

第三代

第三代的特征是微观组织为马氏体(贝氏体)和奥氏体的混合组织。目前认为,这类钢中包括TBF钢(TRIP Aided Bainitic Ferrite steels),中锰钢(medium Mn-Trip),QP钢(Quenching-Partitioning Steel)等;这类钢主要考虑了对钢的使用性能要求(高强度,高延性),同时也兼顾了经济性(Affordable)。

TBF钢它的组织特征是无碳化物板条状贝氏体基体及较大体积分数的残余奥氏体,与同等强度级别的第一代AHSS相比,它的成形性能更好,并且具有良好的翻边扩孔性能,并且,通过贝氏体铁素体晶粒的进一步细化,其强度有望进一步提高,通过相变诱导塑性效应,提高材料的延展性能。这类钢已经实现了商业化生产。

中锰钢,其Mn含量约为4-12%,它的强度和塑性均符合第三代AHSS的特征,它的残余奥氏体组织的体积分数较大。目前暂未实现批量生产,但在宝钢已经完成了试制。这类钢的主要合金元素为Mn,并添加了一定比例的Si/Al和其他微合金元素,其C含量较低。通过不同的热处理工艺可获得不同的显微组织结构,可获得的钢的强度范围较大。

QP钢(淬火延性钢),的组织特征是马氏体与残余奥氏体的混合组织,这种特征的显微组织是通过Q&P工艺获得的。Q&P热处理工艺获得的钢,不仅仅具有高的抗拉强度及断后伸长率的乘积,并且与同等强度级别的其他类型显微组织的钢相比(DP, TRIP, Q&T),具有更高的屈强比(YS/TS ratio)和更高的扩孔性能,宝钢是全球首个实现QP钢商业化生产的大型钢铁联合企业。

根据网络资料"常州精密钢管博客网"整理