Herkömmliche hochfeste Stähle werden meist durch Mischkristalle, Ausscheidung und Kornfeinung verstärkt, während fortschrittliche hochfeste Stähle (AHSS) Stähle bezeichnen, die durch Phasenumwandlung verstärkt werden. und/oder Restaustenit, hauptsächlich einschließlich Dualphasenstähle (DP), Stähle mit umwandlungsinduzierter Plastizität (TRIP), martensitische Stähle (M), Stähle mit komplexer Phase (CP), warmumformbare Stähle (HF) und Stähle mit doppelter induzierter Plastizität (TWIP). .
Die Festigkeit und Plastizität von fortschrittlichem hochfestem Stahl ist besser als die von gewöhnlichem hochfestem Stahl, und er hat sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine gute Formbarkeit, insbesondere den hohen Kaltverfestigungsindex, was der Verbesserung der Energieabsorption während des Kollisionsprozesses förderlich ist , was gleichzeitig für eine Gewichtsreduktion sorgt. Sicherheit ist sehr vorteilhaft.
Die Stärke von AHSS liegt zwischen 500 MPa und 1500 MPa und es hat eine gute Energieabsorption. Es spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Reduzierung des Gewichts von Autos und der Verbesserung der Sicherheit. Es ist in der Automobilindustrie weit verbreitet, hauptsächlich in Automobilstrukturteilen, Sicherheitsteilen und Verstärkungsteilen wie A / B / C-Säulen, Einstiegsleisten, vorderen und hinteren Stoßfängern, Türkollisionsträgern, Trägern, Längsträgern, Sitzschienen und andere Teile; DP-Stahl wurde erstmals 1983 von der schwedischen SSAB Steel Plate Co., Ltd. in Massenproduktion hergestellt.
Entwicklung und Forschungsfortschritt von Advanced High Strength Steel
Alle Schnellarbeitsstähle werden durch Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Austenitphase oder der Austenit-plus-Ferrit-Phase hergestellt, entweder durch Heißschleifen an der Umfangsfläche (wie z Feuerverzinkte Produkte).
Martensitische Stähle werden durch schnelles Abschrecken hergestellt, wodurch der größte Teil des Austenits in die Martensitphase umgewandelt wird. Ferritische und martensitische Zweiphasenstähle werden hergestellt, indem die Abkühlgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass die Austenitphase (wie sie in warmgewalzten Stählen zu finden ist) oder die Ferrit+Martensit-Zweiphasenstähle (wie sie beim kontinuierlichen Glühen und Schmelztauchbeschichten zu sehen sind) einige davon aufweisen Restaustenit wird in Ferrit umgewandelt, bevor es schnell in Martensit abkühlt.
TRIP-Stähle müssen im Allgemeinen bei moderaten isothermischen Bedingungen gehalten werden, um Bainit zu erzeugen. Der höhere Silizium-Kohlenstoff-Gehalt führt dazu, dass der TRIP-Stahl zu viel Restaustenit in der endgültigen Mikrostruktur enthält. Mehrphasenstähle folgen ebenfalls einem ähnlichen Kühlmuster, aber in diesem Fall erzeugt die Einstellung der chemischen Elemente sehr wenig Restaustenit und bildet feine Ausscheidungen, um die Martensit- und Bainitphasen zu festigen.
Hochfester Stahl für Automobile wird in warmgewalzte, kaltgewalzte und feuerverzinkte Produkte unterteilt, und seine technologischen Eigenschaften werden alle durch Phasenumwandlung gestärkt. Darüber hinaus gibt es eine Art von ultrahochfestem Stahl, der durch Warmprägeformen abgeschreckt und gehärtet wird und in der Automobilindustrie in Europa weit verbreitet ist.
Da die Anforderungen an Sicherheit und Kraftstoffverbrauch steigen, fordert die Automobilindustrie zunehmend hochfeste, leichte Materialien. Getrieben durch den Leichtbau von Automobilen hat der Anteil von Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Kunststoffen und anderen Komponenten, die in Automobilen verwendet werden, von Jahr zu Jahr zugenommen, und auch die dominierende Stellung von Stahl in Automobilwerkstoffen ist bedroht. Um die Sicherheit von Automobilen zu verbessern und den Herausforderungen anderer Werkstoffe gerecht zu werden, konzentriert sich die Entwicklung von Stahlwerkstoffen derzeit auf hochfeste Stähle.
-1- Duplexstahl
Dualphasenstahl wird aus kohlenstoffarmem Stahl oder kohlenstoffarmem mikrolegiertem Stahl durch Wärmebehandlung oder kontrolliertes Walzen und kontrolliertes Abkühlen im Zweiphasenbereich erhalten, und seine Mikrostruktur besteht hauptsächlich aus Ferrit und Martensit. Gewöhnliche hochfeste Stähle verfeinern die Körner durch kontrolliertes Walzen und stärken die Matrix durch die Ausscheidung von Carbonitriden von Mikrolegierungselementen, während Dualphasenstähle in reinen Ferritkorngrenzen oder Körnern mit relativ harten Partikeln dispergiert sind. martensitische Phase, so dass Festigkeit und Zähigkeit gut aufeinander abgestimmt sind.
Die Festigkeit des Dualphasenstahls wird hauptsächlich durch den Anteil der harten Martensitphase bestimmt, der zwischen 5 und 30 % variiert. Die zugmechanischen Eigenschaften sind gekennzeichnet durch:
①Die Spannungs-Dehnungs-Kurve ist glatt und gewölbt, und es gibt keine Verlängerung der Streckgrenze;
② hat eine hohe Kaltverfestigungsrate, insbesondere die anfängliche Kaltverfestigungsrate;
③ Niedrige Streckgrenze und hohe Zugfestigkeit, die geformten Komponenten haben eine hohe Druckfestigkeit, Schlagabsorptionsenergie und eine hohe Dauerfestigkeit;
④ Große gleichmäßige Dehnung und Gesamtdehnung. Dualphasenstahl ist ideal für hohe Festigkeit und gute Umformbarkeit für Automobile.
-2- Umwandlungsinduzierter Plastizitätsstahl
Der umwandlungsinduzierte Plastizitätsstahl bezieht sich auf den Stahl mit mehrphasiger Struktur im Stahl. Diese Phasen sind üblicherweise Ferrit, Bainit, Restaustenit und Martensit.
Während des Verformungsprozesses bewirkt die Umwandlung des stabilen Restaustenits in Martensit eine Phasenumwandlungsverfestigung und ein plastisches Wachstum. Aus diesem Grund muss der Restaustenit eine ausreichende Stabilität aufweisen, um eine allmähliche Umwandlung zu erreichen.
Einerseits stärkt es die Matrix, andererseits verbessert es die gleichmäßige Dehnung und erreicht das Ziel der gleichzeitigen Steigerung von Festigkeit und Plastizität. Der Leistungsbereich von TRIP-Stahl ist: Streckgrenze 340-860 MPa, Zugfestigkeit 610-1080 MPa, Dehnung 22%-37%.
TRIP-Stahl hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. TRIP-Stahl wird hauptsächlich zur Herstellung von Kotflügeln, Fahrwerksteilen, Felgen und Türaufprallträgern verwendet. Darüber hinaus können TRIP-Stahlbleche als Substrate für die Feuerverzinkung und die elektrolytische Zn-Ni-Verzinkung verwendet werden, um verzinkte Bleche mit hoher Festigkeit, hoher Plastizität, hoher Ziehausbeulung und hoher Korrosionsbeständigkeit herzustellen.
Das südkoreanische Unternehmen Posco hat erfolgreich TRIP-Stähle der Güten 800 MPa und 1000 MPa entwickelt.
Die Formbarkeit der Stahlplatte ist sehr gut und sie kann zu komplexen Formen von Automobilteilen verarbeitet werden. Derzeit arbeiten sie an der Entwicklung von TRIP-Stahl in der Güte 1200 MPa. In Japan hat Mitsubishi Motors mit Nippon Steel, Sumitomo Metal und Kobe Steel zusammengearbeitet, um hochfeste TRIP-Stahlbleche für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen zu entwickeln. Mehr als 80 Arten von TRIP-Stahlblechen für Fahrwerksteile wurden in seinen neuen Modellen hergestellt.
Viele Forschungsergebnisse zeigen, dass TRIP-Stahl mit hohem Siliziumgehalt eine bessere Duktilität und Zugfestigkeit aufweist als niedrig legierter hochfester Stahl, und seine Zusammensetzungsreihen sind: C-Mn-Si-N-V, C-Mn-Si-Ti und Si- Nb usw. Ein hoher Siliziumgehalt führt jedoch zu einer roten Oxidschicht auf der Oberfläche des Bandes und zu einer Verschlechterung der Feuerverzinkungsleistung.
In den letzten Jahren haben einige Forscher begonnen, sich darauf zu konzentrieren, Silizium teilweise durch andere Elemente (wie Aluminium, Phosphor usw.) zu ersetzen, um den Siliziumgehalt in Stahl zu reduzieren, die Beschichtungseigenschaften zu verbessern und die Beschichtungsleistung durch Hinzufügen von Elementen wie Niob zu verbessern , Vanadium, Titan und Molybdän. Stärke des TRIP-Stahls.
-3- Komplexphasenstahl
Das Gefüge des Mehrphasenstahls ähnelt dem des TRIP-Stahls, sein Hauptgefüge besteht aus feinem Ferrit und einem hohen Anteil an Hartphasen (Martensit, Bainit), die Elemente wie Niob und Titan enthalten.
Durch die Verbundwirkung von Martensit, Bainit und Ausscheidungsverstärkung kann die Festigkeit von CP-Stahl 800 bis 1000 MPa erreichen, mit hoher Absorptionsenergie und Lochausdehnungsleistung, besonders geeignet für Autotürstoßstangen, Stoßstangen und B-Sicherheitsteile wie Pfosten.
Abhängig vom Design der Legierungszusammensetzung, der Mikrolegierung, der kontrollierten Walz- und kontrollierten Kühltechnologie und der kontinuierlichen Glühtechnologie können warmgewalzte und kaltgewalzte hochfeste Bänder unterschiedliche Mikrostrukturen erhalten, wie z. B. Ferrit + Bainit-Zweiphasenstruktur, Ferrit + Martensit Zweiphasenstruktur, Ferrit + Bainit + Restaustenit-Mehrphasenstruktur und Martensitstruktur, die Festigkeit von Stahl kann von 500 MPa auf mehr als 1000 MPa erhöht werden und sogar 1200 MPa erreichen.
Die Praxis hat gezeigt, dass durch den höheren Gehalt an Mikrolegierungselementen im Stahl der Verformungswiderstand beim kontrollierten Walzen in der nicht rekristallisierten Zone zunimmt, was zu einer größeren Walzwerksbelastung führt. Beim kontrollierten Walzen und kontrollierten Abkühlen reagiert das Titanelement sehr empfindlich auf die Erwärmungstemperatur und die Wickeltemperatur. Schwankungen der Brammenheiztemperatur und der Aufwickeltemperatur nach dem Walzen führen leicht zu sehr signifikanten Schwankungen der Coileigenschaften, wie Streckgrenze und Zugfestigkeit.
Bei kaltgewalzten hochfesten Baustählen können durch den aufwändigen Wärmebehandlungsprozess während des kontinuierlichen Glühprozesses komplexe Gefüge aus Ferrit + Bainit + Martensit mit unterschiedlichen Volumenverhältnissen erhalten werden.
Dieser kaltgewalzte Mehrphasenstahl hat gute umfassende mechanische Eigenschaften und eine höhere Zähigkeit und Plastizität bei gleicher Festigkeit wie herkömmlicher abgeschreckter martensitischer Stahl, sodass er einen breiten Anwendungsmarkt in der Automobilindustrie hat.
-4- Martensitischer Stahl
Die Herstellung von martensitischem Stahl erfolgt durch schnelles Abschrecken der Hochtemperatur-Austenitstruktur, um sich in eine Lattenmartensitstruktur umzuwandeln, die durch Warmwalzen, Kaltwalzen, kontinuierliches Glühen oder Glühen nach dem Formen realisiert werden kann, und seine maximale Festigkeit kann 1600 MPa erreichen, was ist die aktuelle Die höchste Festigkeitsklasse von handelsüblichen hochfesten Stahlblechen.
Daher können bei der Herstellung plattenförmiger Produkte aufgrund der begrenzten Umformbarkeit nur Teile mit einfachen Formen durch Rollformen oder Stanzen hergestellt werden, die hauptsächlich für Teile wie Türstoßfänger mit geringen Umformanforderungen verwendet werden, um rohrförmige Teile zu ersetzen. Herstellungskosten.
Warmprägestahl (MnB-Stahl) ist ein Verfahren von Nippon Steel, das durch Abschrecken nach der Warmumformung eine hohe Umformbarkeit und extrem hohe Festigkeit erreicht. Das spezifische Warmumformverfahren ist: Erhitzen der Stahlplatte (880–950 °C), Stanzen (Abschreckbehandlung in der Matrize der Stanzmaschine), Kugelstrahlen (Entfernen von Eisenoxidzunder) und fertiges Produkt (1500 MPa).
Der gesamte Heißprägevorgang dauert 15 bis 25 Sekunden.
Um das Problem zu lösen, dass sich während der Warmbearbeitung einer Stahlplatte leicht Eisenoxidzunder bildet, ist es im Allgemeinen notwendig, eine Aluminisierungsbehandlung auf der Oberfläche einer ultrahochfesten Stahlplatte durchzuführen. Ultrahochfeste MnB-Stahlplatten werden hauptsächlich zur Herstellung von Antikollisionsteilen verwendet.
-5- Doppelinduzierter Plastizitätsstahl
Stahl mit Zwillings-induzierter Plastizität: Die zweite Generation von fortschrittlichem hochfestem Automobilstahl, dessen Mikrostruktur bei Raumtemperatur Einphasen-Austenit ist. Die meisten austenitischen Stähle, wie z. B. austenitische Edelstähle und Stähle mit hohem Mangangehalt, haben niedrige bis mittlere Stapelfehlerenergien und neigen daher dazu, ausgedehnte Stapelfehler, Zwillinge und ebene Versetzungsstrukturen zu bilden.
Wenn C oder Al und Si zu Hochmanganstahl hinzugefügt werden, kann ein breites Spektrum an mechanischer Zwillingsbildung gefunden werden. Wenn w(Mn) 25 % erreicht, w(Al) > 3 % und w(Si) zwischen 2 % und 3 % liegt, gibt es einen großen Bereich mechanischer Zwillinge im Stahl. Die gleiche Situation tritt auf, wenn der Kohlenstoff sehr niedrig ist. Diese Stähle haben eine sehr hohe Duktilität von bis zu 80 %.
Sie führten Stähle mit doppelter induzierter Plastizität ein, um diese Stahlsorten zu benennen, die als TWIP-Stähle bezeichnet werden. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von TWIP-Stahl stammen aus der durch Zwillinge induzierten Plastizität, und die Rolle der Zwillinge bei der Verformung unterscheidet sich vollständig vom traditionellen Konzept. Es wird allgemein angenommen, dass bei Materialien mit relativ geringer Kristallstruktursymmetrie und relativ wenigen Gleitsystemen bei einigen Spannungskonzentrationen Zwillingsbildung auftritt, wenn die Verformungsrate groß ist oder wenn die Kraft im Fall einer ungünstigen Gleitorientierung aufgebracht wird.
Kubisch flächenzentrierte Metalle neigen nicht zur Zwillingsbildung, und mechanische Zwillinge können nur bei extrem niedrigen Temperaturen gebildet werden. Da die durch Zwillinge erzeugte Verformung gering ist, spielt sie nur die Rolle, die Orientierung anzupassen, wenn der Schlupf schwierig ist, so dass der Schlupf fortgesetzt werden kann. Aber in TWIP-Stahl kann es in kubisch flächenzentriertem Austenit geformt werden, wenn die Verformungstemperatur -70 ~ 400 ℃ beträgt und die Verformungsrate so niedrig wie 10-4 / s sein kann.
Während des Verformungsvorgangs werden im Hochdehnungsbereich Zwillinge gebildet, und die Zwillingsgrenzen verhindern das Verrutschen in diesem Bereich, was das Verrutschen anderer Bereiche mit geringerer Dehnung fördert. Derzeit haben Frankreich, China und andere Länder mit der Produktion von TWIP-Stahl begonnen.
Technische Entwicklung. Obwohl TWIP ausgezeichnete mechanische Eigenschaften hat, sind die Probleme des Schmelzens, des Stranggießens, des Verzugs, des Bruchs, der Kerbempfindlichkeit und der Beschichtbarkeit des Stahls technische Schwierigkeiten, die die großtechnische Anwendung dieses Stahls in der Automobilindustrie behindern. .
Derzeit arbeiten Stahlwerke und Forschungsinstitute an einer neuen Generation von TWIP-Stahl, FeMnA1-Stahl, auch bekannt als TRIPLEX-Stahl. FeMnAl-Stahl zeigt keine TRIP- und TWIP-Effekte. Während der Verformung gleiten Versetzungen, um Scherbänder zu bilden, was zu einer hohen Plastizität führt, d. h. zu Scherband-induzierten plastischen SIP-Effekten. Bisher wurde seine Anwendung in Automobilen weithin anerkannt.
-6- Gehärteter Verteilerstahl
In den letzten Jahren hat J. g. Speeret al. schlugen einen neuen Prozess vor – Abschrecken und Partitionieren. Dieses Verfahren kann zur Herstellung von kohlenstoffreichen Restaustenitsorten, bekannt als Q&P-Stähle, verwendet werden. Dieser Prozessmechanismus basiert auf einem neuen Wissen und Verständnis des Diffusionsgesetzes von Kohlenstoff in der Martensit/Austenit-Mischstruktur. Q&P-Stahl gehört zur dritten Generation von AHSS, und die erreichbaren mechanischen Eigenschaften liegen im Bereich der Zugfestigkeit von 800 bis 1500 und der Dehnung von 15 % bis 40 %.
Zuerst wird die Matrix schnell auf die Abschrecktemperatur (TQ) zwischen M und Mf abgekühlt, nachdem sie eine Zeit lang auf der Temperatur der Austenitzone oder der kritischen Zone (TA) gehalten wurde, und für eine kurze Zeit isotherm, um eine geeignete Menge an zu erzeugen Martensit, und dann auf die Trenntemperatur (T) erhitzt und für einen Zeitraum behandelt, um die Vollendung des kohlenstoffreichen Prozesses des Restaustenits sicherzustellen.
Obwohl der thermodynamische Mechanismus der Martensitbildung im Q&P-Prozess und im traditionellen Q&T-Prozess derselbe ist, sind der Evolutionsmechanismus und die endgültige Zusammensetzung der Mikrostruktur völlig unterschiedlich. Beim Q&T-Verfahren wird bei der Bildung von getempertem Martensit ein Teil des Kohlenstoffs durch die Bildung von Zementit verbraucht und der Restaustenit zersetzt. Das Q&P-Verfahren hemmt jedoch absichtlich die Ausscheidung von Fe-C-Verbindungen und stabilisiert den Restaustenit, ohne zersetzt zu werden. Daher ist die effektive Hemmung der Ausfällung von Verbindungen der Schlüssel zu diesem Prozess.
Entwicklungstrend von Advanced High Strength Steel
Hersteller von Eisen- und Stahlprodukten sehen sich mit strengeren Qualitätsanforderungen für bestehende Produkte von Benutzern konfrontiert, was eine Beschleunigung der Entwicklung neuer Stahlmaterialien erfordert, um sicherzustellen, dass neue Produktherstellungsprozesse, die den Benutzeranforderungen entsprechen, zuverlässig und kostengünstig sein müssen.
Eine weitere Entwicklungsidee für Automobilwerkstoffe besteht darin, die Massendichte von Stahl unter der Prämisse zu verringern, die Vorteile von Stahl selbst beizubehalten, dh Festigkeit, Zähigkeit, Bearbeitbarkeit, Lebensdauer, Geräuschreduzierung und Wiederverwertbarkeit. Eines dieser Verfahren besteht darin, dem Stahl Leichtmetall-Legierungselemente wie Al und Si hinzuzufügen. Diese Stähle wurden frühzeitig mit höherer Festigkeit, geringerer Rohdichte und verbesserter Korrosionsbeständigkeit entwickelt und haben bisher großes Entwicklungspotenzial mit weiterem Potenzial zur Gewichtsreduzierung.
