超高强钢的应用《翻译文章》.docVIP

先进高强钢 解决对钢成形性增长的需求 斯图尔特—凯乐，彼得 1960年以前，对于高强钢的要求是通过高碳钢或冷轧钢来满足的。这些增加强度的办法都是以牺牲材料的成形性为代价的。后来又出现了通过热加工过程而发展起来的高强度低合金钢（HSLA）。这种合金在保证更高强度的同时，使成形性最小程度的降低。这源于钢的成分的改善，包括更小的晶粒尺寸，用其他元素去换铁原子，或者加入其他元素，以此来改变其晶体结构。早期的高强度低合金钢，其最大屈服强度只有30-50ksi, 新的高强度低合金钢，其屈服强度可以达到110ksi。 （注：关于这些板材成型的信息，来自于下面的参考文献。即高强钢的成型，来自于《金属成型》2009年四月刊） 现在，对于高强度钢有了更高的要求。具体包括： 1）通过减少钢板的厚度来实现减重的目的，随后再通过增加其屈服强度来补偿。通过结构分析，在保证板厚不变的同时，可以使钢板的屈服强度加倍。但是，随着板厚降低，屈服强度增加，板材的拉伸性能和弯曲性能会降低。 2）局部强化，这一点通常要求板材的成型方式从拉深成型转变为拉伸成型。考虑通过修剪，将其分成三个独立的且易于成型的部分，然后通过焊接将其连接起来。尝试将来自同一块板材的相同大小的部分，放入带有三个型腔的模具当中，在型腔之间没有粘结，使得板材可以流动并形成相邻的壁，这样成型模式就变为拉伸模式。随着强度的增加其拉伸性降低。 3）在那些易于发生严重局部变形的地方，高强度钢件应具有清晰的功能设计与特征线，这要求材料有更高的可拉伸性能。 AHSS或“新设计钢” 为了满足高强钢更高成型性的要求，钢材研究者们已经采取了一种全新的途径来增加钢材的强度。低强度钢和高强度低合金钢都只有单一的铁素体相—这是一种纯铁的微观结构，这种结构中碳含量很低。先进高强钢（AHSS）出了铁素体相外，还具有一个或多个微观相结构，诸如马氏体相，贝氏体相，还有残余奥氏体相。 普通高强钢等级可分为三种成型类型： 1）具有相同原始屈服强度和抗拉强度的钢，是根据钢的成型性的好坏决定了钢的级别。这种成型性的提高是总的延伸率对屈服强度的一种作用（图1）。对于材料的抗拉强度和加工硬化指数（n次方）也可以画出类似的曲线。与相同强度的低合金高强钢相比，双相先进高强钢总延伸率的增长使得冲孔半径对厚度的比例减小。双相钢能够在高应力的位置极大的限制材料的变形（应变）局部化。这些应变梯度的差异非常大，这些差异产生的一个主要原因是产品尺寸的不同。 图.1双相钢和相诱变可塑先进高强钢强度和延伸率之间的关系（Yield Strength:屈服强度，Total Elongation：总延伸率，DP：双相钢，TRIP：相诱变可塑钢） 另外，应变的最大值是显著增加的，并且在低于原来深度的情况下达到失效条件。双相钢的强化是从改变梯度开始的，同时减少甚至阻止他们的扩散。应变值提高是由于在微观组织中引入了马氏体区。 图.2用HSLA与DP成型前保险杠过程（Percent Stretch：拉伸比例，Centers of Original Circles：原界中心，Yield strength：屈服强度，Maximum Allowable Stretch：最大允许拉伸量） 图.2阐述了一种钢的前保险杠的成型过程研究的结果，这种前保险杠研究用到了多种低合金高强钢和双相钢。我们通过前保险杠测量出了两种带有尖峰的应变梯度。当检测双相钢是这种应变梯度发生了巨大的改变—当应变率达到7％至9％时就已使得双相钢产生疲劳。由于马氏体区的加入是非常重要的，冶金学家找到一种能补充新的马氏体区从而生产出更优质的钢—相变可塑性刚（TRIP）。这些钢的等级比单独的双相钢有能显著地使应变梯度变得平缓。另外，在局部缩颈处（成型极限曲线）的最大允许应变增长。 2）在保证成型性不变的情况下提高钢的屈服强度和抗拉极限。马氏体钢（MS，图.3）是一种具有坚硬马氏体结构的单相钢。取决于温度的不同，MS钢的总延伸率从15％到5％都有。用MS钢生产的大部分都是冷弯。 图.3 CP与MS级别钢的优势（Yield Strength：屈服强度，Total Elongation：总延伸率，Constant formability increased strength：一般成型增加的强度，Complex phase steel：多相钢，Martensitic steel：马氏体钢） 其他属于先进高强钢类别的都是有很多相（CP）的钢，这些钢的强度是由于它们有尺寸极细小的晶粒且微观组织中含有贝氏体，马氏体，残余奥氏体和珠光体。多相钢具有吸收高能量以及高残余变形能力的特征。 3）为了获得最终的性能需要特殊的加工过程。产品设计可以制造出以前认为不可能实现的的零部件。在现实生活中，一份采购订单可能需要成型