HSS是什么意思? 是什么鋼材？ AHSS是什么意思? 是什么鋼材？
HSS:高度鋼(high strength steel), AHSS先進高度度鋼:(advanced high strength steel) ,是基于高度度鋼(HSS)提出來的.
先進高度度鋼,國際鋼鐵協會( IISI) 先進高度鋼應用指南第三版中將高度鋼分為傳統(tǒng)高度鋼(Conventional HSS) 和先進高度鋼(AHSS) 。傳統(tǒng)高度鋼、烘烤硬化(BH) 鋼、高度度無間隙原子(HSS -IF) 鋼和高度度低合金(HSLA) 鋼;AHSS 主要包括雙相(DP) 鋼、相變誘導塑性(TRIP) 鋼、馬氏體(M) 鋼、復相(CP) 鋼、熱成形(HF) 鋼、孿晶誘導塑性(TWIP) 鋼和淬火分離(QP)鋼;AHSS的強度 在500MPa到1500MPa之間,具有很好吸能性,在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用,已經廣泛應用于汽車工業(yè),和加強件如A/B/C柱、車門檻、前后保險杠、車門防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件; DP鋼較早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實現量產。
先進高度度鋼,也稱為高等高度度鋼,其英文縮寫為AHSS(Advanced High Strength Steel)。國際鋼鐵協會( IISI) 先進高度鋼應用指南第三版中將高度鋼分為傳統(tǒng)高度鋼(Conventional HSS) 和先進高度鋼(AHSS) 。
傳統(tǒng)高度鋼主要包括碳錳鋼(C -Mn)、烘烤硬化(BH) 鋼、高度度無間隙原子(HSS -IF) 鋼和高度度低合金(HSLA) 鋼;AHSS 主要包括雙相鋼(DP)、相變誘導塑性(TRIP) 鋼、馬氏體(M) 鋼、復相鋼(CP)、熱成形(HF) 鋼和孿晶誘導塑性(TWIP) 鋼;AHSS的強度在500MPa到1500MPa之間,具有很好吸能性,在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用,已經廣泛應用于汽車工業(yè),主要應用于汽車結構件、安全件和加強件如A/B/C柱、車門檻、前后保險杠、車門防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件; DP鋼較早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實現量產。
雙相鋼組成是鐵素體基體包含一個堅硬的第二相馬氏體。通常強度隨著第二相的體積分數的增加而增加。在某些情況下,熱軋鋼需要在邊緣提高抗拉強度(典型的措施是通過空穴的擴張能力),這樣熱軋鋼便需要具有了大量的重要的貝氏體結構。
在雙相鋼中,在實際冷卻速度中形成的馬氏體中的碳式鋼的淬硬性增加。錳、鉻、鉬、釩、和鎳元素單獨添加或聯合添加也能增加鋼的淬硬性。碳、硅和磷也加強了作為鐵素體溶質的馬氏體的強度。
高度度及高延性鋼的微觀籌備是在鐵素體基體中還保留著殘余奧氏體籌備。除了體積分數較少為5%的殘余奧氏體外,還存在著不同數額的馬氏體和貝氏體等堅硬籌備。
具有代表性的多相鋼需要很高的抗拉強度極限才能轉變成鋼。多相鋼的組成是有細小的鐵素體籌備和體積分數較高的堅硬的相,并且細小的沉淀使其強度進一步加強。和雙相鋼和高度度、高延性鋼一樣,多相鋼也包含了很多和它們相同的合金元素,但也經常有少量的鈮、鈦、和釩形成細小的、高度度的沉淀物。在抗拉強度值在800MPa或更高時,多相鋼表現出了更高的屈服強度。多相鋼的典型特征是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的殘余變形能力。
為了生成馬氏體鋼,在熱軋或退火中存在的奧氏體在淬火和連續(xù)退火曲線中的冷卻階段全部轉變成馬氏體。該結構也會在成形后的熱處理過程中形成。馬氏體鋼具有非常高的強度,抗拉強度極限達到了1700MPa。馬氏體鋼經常需要用等溫回火來提高其韌性,這樣便能在具有非常高的強度的同時具有很好的成形性。
所有的先進高速鋼的生產都要控制奧氏體相或奧氏體加鐵素體相的冷卻速度,可以在外圍表面進行熱磨削(如熱軋產品),也可以在連續(xù)退火爐中局部冷卻(連續(xù)退火或熱浸涂產品)。馬氏體鋼是通過快速淬火致使大部分奧氏體轉變成馬氏體相而產生的。鐵素體加馬氏體雙相鋼的生產,是通過控制其冷卻速度,使奧氏體相(見于熱軋鋼中)或鐵素體 馬氏體雙相(見于連續(xù)退火和熱浸涂鋼中)在殘余奧氏體快速冷卻轉變成馬氏體之前,將其中一些奧氏體轉變成鐵素體。TRIP鋼通常需要保持在中溫等溫的條件以產生貝氏體。較高的硅碳含量使TRIP鋼在較后的微觀結構含過多的殘余奧氏體。多相鋼還遵循一個類似的冷卻方式,但這種情況之下,化學元素的調整會產生極少的殘余奧氏體并形成細小的析出以加強馬氏體和貝氏體相。
高速鋼(HSS)是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼,又稱高速工具鋼或鋒鋼,俗稱白鋼。高速鋼是美國的F.W.泰勒和M.懷特于1898年創(chuàng)制的。
高速鋼的工藝性能好,強度和韌性配合好,因此主要用來制造復雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削,也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。除用熔煉方法生產的高速鋼外,20世紀60年代以后又出現了粉末冶金高速鋼,它的優(yōu)點是避免了熔煉法生產所造成的碳化物偏析而引起機械性能降低和熱處理變形。
安米集團北美公司推出了Fortiform?980 Extragal?新產品,擴展了其AHSS產品系列范圍。該鋼種專為汽車行業(yè)設計,用于解決液態(tài)金屬脆化和較佳焊接強度等問題,這些問題對車輛在碰撞過程中受到影響的結構部件(包括前后軌)至關重要。此外,新鋼種與傳統(tǒng)AHSS相比,在減重高達20%的同時能夠滿足汽車日益嚴格的碰撞及安全要求。
安米集團印第安納州研究中心重要地位研究工程師Hassan Ghassemi Armaki說道:“冷沖壓用新型Fortiform?980 Extragal?系列AHSS產品性能在超越第二代AHSS產品的同時,擁有更高的強度和不錯的成形性、延展性,為AHSS在車身工程中應用開拓了重要的新機遇。對于汽車生產商而言,這是一個至關重要的優(yōu)勢,因為它們正面臨車輛進一步減重的壓力,而車輛減重是提高燃油經濟性戰(zhàn)略的一部分。”
目前新鋼種僅提供給北美市場,并很快將在歐洲推出。
近年來,常規(guī)鋼種的利潤越來越微薄,而汽車用先進高度鋼作為有一定技術門檻,且符合“高度減薄”環(huán)保理念的產品,發(fā)展趨勢和利潤都相當不錯,也是大家比較關心的一類高附加值產品。
汽車用先進高度鋼每一代每一款鋼種都有其特點,常規(guī)性能看上去相近但不能混用。本文雖然會有些枯燥,但是花點時間學習,了解他們的特性,對于提高工作效率還是非常有幫助的。
汽車用先進高度鋼目前的發(fā)展狀況
近幾十年來,汽車用先進高度度鋼(AHSS-Advanced High Strength Steel)是材料的研發(fā)重點,目前世界鋼協根據研發(fā)歷史及其特點,將之分為三代。
較好代以鐵素體為基的AHSS鋼的強塑積為15 GPa%以下;
第二代以奧氏體為基的AHSS鋼的強塑積為50 GPa%以上,其合金含量高和生產工藝控制困難導致成本高,因此正研發(fā)第三代多相AHSS鋼,通過多相、亞穩(wěn)和多尺度的籌備精細調控,其強塑積約為20 -40GPa%。
第三代AHSS鋼以提高較好代AHSS鋼強度、塑性和降低第二代AHSS合金含量、生產成本兩方面進行研發(fā)。現有及已發(fā)中的AHSS鋼種大致分布情況如下圖。
基于延伸率--抗拉強度關系的現有及開發(fā)中的
AHSS“香蕉圖”
注:強塑積=抗拉強度 × 延伸率(單位為GPa%),用于簡單評價強度和塑形的平衡關系。
較好代（第一代）
主要包括雙相( DP)鋼、多相( CP)鋼和相變誘導塑性( TRIP)鋼,鐵素體貝氏體鋼(FB/SF),馬氏體鋼(MS/PHS)等。
較好代合金含量低,主要是以鐵素體為主的多相顯微籌備。雙相鋼是目前使用較多的一種先進高度鋼,除了強度高、成型性好外,還具有易于焊接加工的優(yōu)點。TRIP鋼兼具良好的強度和延伸性能,其殘余奧氏體相通過應變誘導相變轉化成馬氏體相,從而提高了應變硬化指數。較好代AHSS的屈服強度通常不小于280/300 MPa,抗拉強度不小于590/600 MPa,其成形性能優(yōu)于同等強度級別的HSLA。
第二代
包括奧氏體孿晶誘導塑性( TWIP) 鋼、誘導塑性輕鋼(L-IP)和剪切帶強化(SIP)鋼。第二代先進高度鋼機械雖然有很高的強度和非常好的塑性,但是由于其含有大量的Mn元素,成本很高,而且具有較低的屈服強度(約280MPa),對于結構件是不利的。此外,這些合金的加工難度非常大,而且TWIP鋼還易于產生延遲裂紋。第二代AHSS的抗拉強度通常在1000 MPa ,斷后伸長率通常為50–60 %。
第三代
第三代的特征是微觀籌備為馬氏體(貝氏體)和奧氏體的混合籌備。目前認為,這類鋼中包括TBF鋼(TRIP Aided Bainitic Ferrite steels),中錳鋼(medium Mn-Trip),QP鋼(Quenching-Partitioning Steel)等;這類鋼主要考慮了對鋼的使用性能要求(高度度,高延性),同時也兼顧了經濟性(Affordable)。
TBF鋼它的籌備特征是無碳化物板條狀貝氏體基體及較大體積分數的殘余奧氏體,與同等強度級別的較好代AHSS相比,它的成形性能更好,并且具有良好的翻邊擴孔性能,并且,通過貝氏體鐵素體晶粒的進一步細化,其強度有望進一步提高,通過相變誘導塑性效應,提高材料的延展性能。這類鋼已經實現了商業(yè)化生產。
中錳鋼,其Mn含量約為4-12%,它的強度和塑性均符合第三代AHSS的特征,它的殘余奧氏體籌備的體積分數較大。目前暫未實現批量生產,但在寶鋼已經完成了試制。這類鋼的主要合金元素為Mn,并添加了一定比例的Si/Al和其他微合金元素,其C含量較低。通過不同的熱處理工藝可獲得不同的顯微籌備結構,可獲得的鋼的強度范圍較大。
QP鋼(淬火延性鋼),的籌備特征是馬氏體與殘余奧氏體的混合籌備,這種特征的顯微籌備是通過Q&P工藝獲得的。Q&P熱處理工藝獲得的鋼,不僅僅具有高的抗拉強度及斷后伸長率的乘積,并且與同等強度級別的其他類型顯微籌備的鋼相比(DP, TRIP, Q&T),具有更高的屈強比(YS/TS ratio)和更高的擴孔性能,寶鋼是大部分國家較好實現QP鋼商業(yè)化生產的大型鋼鐵聯合企業(yè)。
