1.2.8 其他钢板新材料

1.2.8.1 相变诱导塑性贝氏体+铁素体钢（TBF钢）

1.TBF钢简介

成形性是制约高强钢在汽车领域应用的关键因素。随着先进高强钢板用途的不断扩大，对钢的性能要求逐步提高，不仅要有较高的强度，还要同时具备良好的成形性。引入更强的基体组织和塑性更好的亚稳组织是同时提高钢的强度和成形性的重要方法。传统铁素体基体相变诱发塑性钢（TRIP）因为软硬相的共存，屈服首先在软相中发生，因此屈服强度比较低，其凸缘翻边性能和弯曲性能较低。

日本神户制钢为了提高TRIP钢的局部成形性，研发出相变诱导塑性贝氏体-铁素体钢（TRIP aided Bainitic Ferrite Steel，简称TBF钢），也叫作无碳化物贝氏体钢或贝氏体基体相变诱导塑性钢。TBF钢以贝氏体或贝氏体型铁素体作为基体，同时含有10%左右的残余奥氏体、少量马氏体和铁素体。图1-80给出了TBF钢的微观组织照片，利用贝氏体低温相变产物提高强度，同时利用残余奥氏体的TRIP效应，在塑性变形作用下诱发马氏体相变，引入相变强化和塑性增长机制。与相同强度级别TRIP钢相比，TBF钢屈服强度明显要高，同时具有良好的伸长率和延伸凸缘性能匹配。

TBF钢的出现为高强钢在冷成形中的应用带来了更大的便利和广泛的市场。TBF钢基体组织主要是贝氏体或贝氏体型铁素体，屈服强度相对较高，组成相的硬度差异小，因而具有较好的翻边扩孔性能，适用于局部成形要求较高的汽车零件。图1-81给出了TBF钢解决成形开裂问题的应用效果图。TBF钢含有残余奥氏体，在加工过程中残余奥氏体因为应变诱发相变，导致材料可以持续硬化，因而表现出较高的延展性能。在材料使用过程中，当汽车发生碰撞时，TBF钢能更好地吸收碰撞能量以保护乘员安全，被广泛应用到抗碰撞的汽车安全部件领域。此外，TBF钢还具有良好的烘烤硬化能力。

2013年，雷诺日产集团首次在英菲尼迪（INFINITI）Q50上使用了神户制钢的TBF钢，用于制作A柱、B柱加强件和上边梁，后续依次还应用在楼兰、西玛、泰坦皮卡等车型上，使用量在10%左右，并逐渐增长至20%以上。安赛乐米塔尔开发的Fortiform ^® 系列TBF钢也应用在福特很多车型上。目前，许多原本需用热成形实现的零件如B柱、防撞梁等均可以通过TBF冷成形实现，无论在合资品牌还是自主品牌上均具有良好的应用前景。目前TBF钢产品涵盖980MPa、1180MPa、1470MPa强度级别连退、热镀锌、合金化热镀锌及电镀TBF钢。针对980MPa、1180MPa强度级别，根据性能特点分为高伸长率TBF钢和高扩孔TBF钢两种。

2.TBF钢制备技术

TBF钢工艺不同于传统TRIP钢工艺，需要将冷轧材加热到完全奥氏体化区间，在快速冷却过程中避免多边形铁素体及珠光体形成，在时效段贝氏体区完成贝氏体转变，并残留奥氏体，最终形成贝氏体（或贝氏体型铁素体）+残余奥氏体的组织。生产TBF钢需要连续退火产线具备稳定的高温加热能力，实现带钢的完全奥氏体化，要求快冷段实现低温产物贝氏体转变。图1-82给出了传统TRIP钢和TBF钢的实施工艺比较。为了引入残余奥氏体，需添加抑制渗碳体析出的Si、Al等元素。这些元素易氧化，导致镀锌润湿性降低，恶化钢的镀锌性。因此，生产镀锌先进高强钢还需配备加热预氧化炉、配合后续还原，使得镀锌和合金化处理尽量少受Si等易氧化元素添加的影响。此外，还可以采用高露点退火、闪镀等其他方法解决可镀性问题。

一般传统产线不具备生产TBF先进高强钢专用设备功能。为了满足汽车行业对先进高强钢的需求，保证先进高强钢的低成本以及稳定的生产，国内外钢铁企业（奥钢联、阿赛洛、SSAB、神户、浦项、宝钢等）对现有的设备进行技术改造或建设新的专用产线，开发先进高强钢。采用专用高强钢产线设备配备的高温退火、超快冷却、预氧化还原等技术，使先进高强钢的性能和表面具有明显的竞争力。TBF钢的主要研究方向是通过组织调控（硬质相与残余奥氏体的匹配组合）不断优化高伸长率和高的局部成形性（屈服强度、扩孔性、弯曲性）匹配。图1-83给出高伸长率TBF钢的实施工艺。高伸长率TBF钢工艺不同于上述TBF钢工艺，需要将冷轧材加热到两相区间，获得一定含量的铁素体和奥氏体，接着快速冷却到马氏体相变温度，进行马氏体相变，随后感应加热到贝氏体相转变温度区完成贝氏体转变，并残留奥氏体，最终形成铁素体+贝氏体+马氏体+残余奥氏体的组织。引入一定含量的铁素体，虽然能够有效提高TBF钢的伸长率，但同时会损失一定的屈服强度。

3.国内外TBF钢技术及产业发展情况

日本神户制钢最早开发TBF钢，已成功开发了连退和合金化980MPa、1180MPa、1470MPa级别TBF钢。神户还通过优化硬质基体和残余奥氏体成功开发了980MPa、1180MPa级别高扩孔和高伸长率两种TBF钢。980MPa级别高伸长率TBF钢应用在INFINITI QX50 SUV车型上。日本神户制钢利用Cr元素成功开发了具有良好抗氢脆性能的TBF钢。

2014年，安赛乐米塔尔也成功开发了Fortiform ^® 系列连退、镀锌、合金化镀锌980MPa、1050MPa、1180MPa级别TBF钢，还成功开发了电镀锌1050MPa级别TBF钢。与相同强度级别镀锌先进高强钢相比，安赛乐米塔尔开发的Fortiform ^® 980GI具有抗点焊液态金属脆化优势。图1-84所示为安赛乐米塔尔开发的Fortiform ^® 系列TBF钢的应用，其成功替代DP600、DP800、DP980实现20%的减重。目前，他们正在研发Fortiform ^® S系列，目标是进一步提高减重效果。

奥钢联也成功开发了连退和镀锌980MPa、1180MPa级别TBF钢。鞍钢与神户合作，引进神户制钢特有的水淬生产技术，成功开发连退980MPa、1180MPa级别TBF钢。

目前，日本神户和安赛乐米塔尔在开发TBF钢方面领先于其他钢企，本节重点列举了两家钢厂的TBF钢的力学性能。表1-41给出了日本神户TBF钢的力学性能。相同强度级别TBF钢又分为高伸长率的TBF钢和高扩孔率的TBF钢。表1-42给出了安赛乐米塔尔的Fortiform ^® 系列先进高强钢的力学性能范围。安赛乐米塔尔的Fortiform ^® 系列TBF先进高强钢也分为高伸长率的980MPa级TBF钢和高扩孔率的1050MPa级别TBF钢。日本神户TBF钢的屈服强度和扩孔率都高于安赛洛的相同强度级别的屈服强度和扩孔率，而伸长率则差异不大。

国内，宝钢2009年新建设高强钢专用产线，全球首发成功开发出性能与TBF钢相当的第三代高强淬火配分钢。鞍钢与神户制钢合资成立鞍钢神钢冷轧高强汽车钢板有限公司，引进神户制钢特有的水淬生产技术，建设超高强钢连退产线。2013年，首钢启动汽车板高强线项目，完成高强钢专用产线建设，并基于新建的专用高强钢产线成功开发与TBF钢相当的980MPa镀锌DH钢。

4.小结

通过改变合金和热处理工艺，引入贝氏体及贝氏体型铁素体等硬质相和残余奥氏体，研发出具有高强高塑性的TBF钢。相对于第一代和第二代先进高强钢，第三代的TBF钢具有更好的综合性能和较低的制造成本。

虽然TBF钢具有良好的力学性能，但其生产和应用也面临一定的挑战。由于TBF钢基体中含有大量的Si元素，带钢表面容易产生严重的氧化现象，从而导致热轧板和镀锌板的表面质量问题。由于合金元素及组织构成与常规高强钢不同，TBF钢在点焊中容易产生液体金属致脆（LME）问题。同时，氢脆问题也是TBF钢应用所面临的挑战之一。TBF钢一般含有10%左右的残余奥氏体，面心立方结构的奥氏体相比体心立方结构的马氏体和铁素体而言，氢的溶解度高且扩散系数低，塑性变形后奥氏体转变为氢饱和的马氏体，导致高氢脆敏感性。因此，残余奥氏体是影响TBF钢氢脆敏感性的主要原因之一，掌握残余奥氏体对TBF钢氢脆的影响规律及缓解TBF钢氢脆敏感性是未来亟待解决的重要问题。一些研究指出，随着奥氏体化时间的增加，板条和/或薄膜状的亚稳残余奥氏体的含量会增加，使得氢的俘获部位增加，有效抑制了TBF钢板的氢脆。从问题源头出发，有效控制残余奥氏体含量、形貌及稳定性，进而抑制TBF钢板的氢脆问题，是解决问题的思路之一。

1.2.8.2 冷轧超高强复相钢

先进高强钢的应用满足了汽车行业更安全、更轻量化、更环保的需求。先进高强钢越来越多地应用在一些复杂零部件上，如在较小的弯曲半径下弯曲、扩孔及局部翻边等，材料的局部变形能力极为重要。目前广泛应用的DP及TRIP等相变强化钢具有优异的强塑性匹配，然而高的应变硬化率易导致冲孔边缘局部区域损伤，具有较高的边缘开裂敏感性，避免冲裁边缘在成形时开裂成为一项更具挑战性的难题。

1.超高强复相钢简介

复相钢（Complex Phase Steel，CP钢）的组织中包含铁素体、贝氏体、马氏体及纳米析出相，该组织结构有利于获得较高的屈强比，提升了关键安全部件抗侵入能力。CP钢属于超高强钢系列，通过微合金元素细晶强化或析出强化，与同等抗拉强度的DP钢相比，其屈服强度明显要高，同时具有更好的局部成形性能，在汽车工业具有广阔的应用前景。其主要牌号化学成分及性能指标见表1-43和表1-44。

DP钢中组织由软相铁素体和分布在铁素体基体上硬质相马氏体岛组成，可以实现良好强度和延性匹配。通过调控前述两相比例，可以获得不同的强度。通常，590MPa、780MPa和980MPa级别DP钢分别需要10%～15%、20%～30%和40%～50%的马氏体。CP钢中组织除了铁素体/马氏体双相外，还含有贝氏体、回火马氏体或少量残余奥氏体等第三相。第三相的存在对于缓和铁素体/马氏体双相在局部成形时应变不均匀性具有非常重要的作用，这也是CP钢具有优良局部成形性能的主要原因。二者组织结构示意图如图1-85所示。

由于冷轧CP钢优异的折弯、翻边性能，在汽车工业诸多零件制造上具备良好的应用前景。图1-86所示为某车型控制臂零件，该零件设计翻孔坯料冲孔尺寸为38mm，翻孔后直径为56mm，仿真计算获得其翻孔后边部最大应变为0.3694，即线应变为36.94%，在翻孔时由于材料性能安全裕度不足经常发生开裂，为避免偶发开裂，对材料性能一致性、优良的翻边扩孔性能及组织的均匀性均具有较高的要求。因此，普通的DP钢由于扩孔率不足难以满足其冲压要求，采用冷轧CP钢可满足使用要求。

冷轧CP钢由于其高屈强比、优良弯曲性能、高扩孔翻边性能，成为座椅滑轨的首选材料。该零件除了对上述性能有较高要求外，对材料厚度精度一致性要求也非常高，如某零部件厂要求通卷厚度均满足±30μm。由于该零件对产品要求较高一致性，因此能否实现该零件稳定供货也成为衡量材料供应企业制造能力的关键。图1-87给出了某零部件厂采用CP980制造的座椅滑轨。

2.冷轧超高强复相钢制备技术

（1）冷轧CP钢成分设计

选择合适的合金元素对于获得所需的微观结构和力学性能至关重要。根据生产设备及工艺条件并考虑产品经济性，冷轧CP钢常用的合金元素有C、Si、Mn、Cr、Mo、Nb、Ti、V等。碳具有非常强的固溶强化作用，需要足够量的碳来确保达到所需的强度水平，但另一方面，碳对韧性、焊接性能影响很大，因此碳含量不宜超过0.2%。锰是提高强度的有效元素，添加1.5%～2.0%将会减缓珠光体转变，显著促进贝氏体转变的形成。另外，锰含量过高将不利于焊接，同时也会导致带状组织的形成，对于冷轧CP钢，锰含量不宜超过3.0%。硅具有较强的抑制渗碳体形成作用，同时净化铁素体，促进碳向奥氏体聚集并稳定奥氏体。然而，在热轧、退火过程中，高硅含量容易导致坚固的氧化层，并在热轧过程中压入表面，酸洗难以完全去除，导致镀锌时涂镀性能较差。此外，硅显著降低贝氏体转变动力学条件，这使得必须具有较长的时效段进行等温处理。因此，为了确保相对较快的贝氏体转变动力学，在含有较多贝氏体含量的冷轧复相钢中，硅含量往往限制在0.15%。但由于生产装备差异以及使用习惯，日系钢企倾向于采用高硅含量设计，以CP980为例，其硅含量高达1.35%。铬的添加延迟了γ→α转变的开始，从而提高钢的淬透性，促进了较低温转变产物的形成，这也就是常在CP钢中添加该元素的原因。尽管钼并没有显著降低γ→α转变温度，但严重影响转变动力学条件。事实上，它在抑制珠光体形成方面比铬更有效，根据Grossman淬透性计算，钼比许多其他合金元素更具有提高淬透性的潜力，在冷轧CP钢中，通常以铬、钼组合添加。铌是冷轧CP钢中重要的添加元素，它能够有效延迟奥氏体再结晶，阻止奥氏体晶粒长大，提高奥氏体再结晶温度，细化晶粒，同时与钢中碳、氮形成化合物形式析出，对提升CP钢屈强比具有积极效果，同时改善强韧性，铌含量一般控制在0.015%～0.05%。在冷轧CP钢中添加钛作用效果与铌类似，通过晶粒细化和析出强化来提高钢的强度。钛含量一般控制在0.015%～0.05%。

（2）关键工艺及组织调控

对于冷轧多相钢，因为软硬相的共存，屈服首先在软相中发生，因此屈服强度比一般都较低，典型的就是DP钢。如果在冷轧高强产品中提高屈服强度，具有较大的难度。高屈服DP钢就是采用了增加贝氏体作为基体、采用微合金化提高基体强度或者最后采用平整提高屈服强度，但是要在980MPa以上强度级别，将屈服强度提高到780MPa级别甚至更高，是极难实现的。980MPa以上强度级别冷轧CP钢的本质是要求基体几乎全部为贝氏体，采用硬质相作为基体将大幅提高屈服强度。冷轧CP钢生产工艺包括炼铁—炼钢—连铸—热轧—冷轧—退火/镀锌，如图1-88所示。在整个工艺链条中，炼钢与热处理对产品性能的影响较大。炼钢工序的主要作用是精确获得所需的化学成分，为成品板材的组织和性能控制打下基础；连退和镀锌机组的热处理工序直接获得成品板材所需的组织和性能。

目前生产冷轧CP钢主要有两种工艺路径，如图1-89所示。

1）工艺一：将冷轧硬板加热到几乎完全奥氏体化温度（ A _c3 温度以上），然后快速冷却避免缓冷段产生大量的先共析铁素体，直接在贝氏体区等温处理获得贝氏体，剩下少量未转变奥氏体在贝氏体等温处理后的终冷过程中部分转化为马氏体，部分以残余奥氏体存在。

2）工艺二：将冷轧硬板加热到低于 A _c3 温度的两相区进行热处理。常规的连续退火产线加热温度往往难以达到奥氏体化温度以上，在均热阶段就具有一定数量的铁素体存在，在缓冷和快速冷却过程中，冷速欠缺可能导致更多的铁素体析出，最终组织含大量铁素体，屈强比难以提高。因此，开发的主要难点在于在铁素体大量存在的情况下如何获得高屈强比的CP钢力学性能。SSAB、奥钢联、阿赛洛等公司为生产冷轧CP钢，在退火炉技术上进行了适当改进，或者在传统连续退火产线通过合金调节显微组织展开生产。

基于传统连续退火产线，首钢科研团队也做了诸多具有创新性的实践。既然传统产线具有缓慢冷却段无法避免铁素体的存在，那么可以考虑采用微合金化强化铁素体基体，同时因为微合金化的细化作用，使得两相区退火时奥氏体的形成更加容易，可以获得更多的奥氏体量，便于后期冷却获得贝氏体。因此，基于传统产线，改变冷轧CP钢“高碳当量+高温退火”传统生产工艺，采用低碳当量微合金化设计，通过析出强化及充分晶粒细化实现屈服强度的提高，实现冷轧CP钢的成功开发成为可能。

（3）技术效果

冷轧CP钢系列化产品典型力学性能指标见表1-45，其强度等级均为780MPa级别及以上，其中780MPa级有两个不同屈强比产品。相比以低屈强比为特征的DP钢，CP钢产品具有高屈强比特点，同时兼顾一定的延性。随着强度级别提高，伸长率和加工硬化指数随之下降。图1-90给出了冷轧CP钢系列产品工程应力-应变曲线，可以看出均表现为连续屈服特征。由于CP钢微观组织中软相铁素体大量减少，贝氏体增加，且由于Nb/Ti沉淀强化，其初始硬化行为与双相钢存在明显的差异，在较高应力下才会发生屈服。若加热到全奥氏体化温度进行冷轧复相钢的生产，可以实现复相组织调控。通过全奥氏体化后，经冷轧后的纤维状组织完成回复、再结晶并全部转变为奥氏体，同时残余渗碳体充分溶解，奥氏体中成分及组织充分均匀化，缓慢冷却至较高温度确保抑制初始冷却过程中新生铁素体的形成。这样不仅能够防止组织不均匀性演变，同时也能避免碳向奥氏体中富集，奥氏体淬透性降低，为贝氏体的形成提供了良好条件。图1-91b、c、d分别给出了CP780、CP980、CP1180组织形貌，主要由马氏体、贝氏体及少量铁素体组成。如图1-91a所示，经过对比，DP780组织主要由铁素体和马氏体双相组成，与复相钢相比，铁素体比例明显更高，这也就是DP780力学性能呈低屈强比的主要原因。

采用Zwick/Roell BUP1000综合成形试验机按照ISO 16630标准对试验钢进行扩孔试验，扩孔试验用以衡量材料冲压过程中翻边、翻孔等工序材料抵抗边部破裂的能力，如图1-92a所示。试样尺寸为100mm×100mm×1.5mm，初始孔径为10mm，每钢种3组试样，同时为使得扩孔时试样被充分压边固定，扩孔试样制孔中心与试样边部距离应不小于45mm，试样尺寸如图1-92b所示。为考察材料最坏条件下的扩孔率，要求扩孔时毛刺方向应与凸模运动方向一致，该扩孔方式能够使撕裂带最先发生变形引起微裂纹扩展、开裂，从而得到材料最差的边部抵抗能力。扩孔率 HER （%）采用下式进行计算，其中 d _f 为扩孔结束时的孔径， d ₀ 为初始孔径。

HER =（ d _f -d ₀ ）/ d ₀ ×100%

经上述试验方法对系列冷轧复相钢扩孔率进行评价，结果如图1-93所示。经检测，冷轧复相钢产品扩孔率均大于40%，CP780、CP1180达到50%以上，表现出非常优异的扩孔性能。

采用GB/T 232—2010《金属材料 弯曲试验方法》对冷轧复相钢系列产品弯曲性能进行分析。国标中的折弯试验分为U型弯曲和V型弯曲。U型弯曲为180°折弯， t 代表板厚。图1-94a和b分别给出了HC570/780CPD+Z和HC780/980CP采用180°弯曲0 t 后试样，可以看出两牌号在此条件下均未发生开裂，表现良好。图1-94c为HC900/1180CP采用横纵向试样不同弯曲半径后情况，可以看出纵向180°弯曲2 t 试样未发生开裂，横向180°弯曲4 t 未发生开裂，3 t 轻微开裂。

3.国内外冷轧超高强复相钢发展现状

先进高强钢越来越多地应用于车身设计中，以实现车辆轻量化并提升环保性能。图1-95所示为新一代Volvo XC90车身材料，其超高强钢占比达到36%以上。图1-96给出的DuckerFrontier Analysis数据分析表明，到2025年，每辆车先进高强钢和超高强钢用量占比将逐年增加。

冷轧复相钢作为第一代先进高强钢典型代表，国内外钢铁企业围绕该钢种研发和应用取得了长足进步。例如，为应对常规具有缓冷段的连续退火产线，浦项采用添加硼元素合金化的方法开发出了冷轧CP1180和CP1470钢，研究了硼含量对复相钢组织性能的影响，一般钢中硼通过在奥氏体晶界析出而抑制铁素体的形核。目前，这两种钢已经实现了商业化。与此同时，浦项也积极发挥具有超高温退火产线潜能，推进更高强度级别冷轧复相钢产品开发，图1-97所示为CR1180CP和GA1180CP热处理路线和组织对比，GA1180CP组织主要为马氏体、贝氏体及铁素体，其组织是由缓冷方式形成的。CR1180CP加热至奥氏体单相区后淬火，最终组织大部分由马氏体组成，相比较GA产品，CR产品具有更高的屈强比及更优良的弯曲性能。

浦项开发的GA1180CP，具有低C _eq 和Si含量，在关键工艺上抑制铁素体、促进贝氏体转变来实现高屈强比、优良弯曲性能。目前该产品实现了商业化应用，采用GA1180CP替代EG 590TRIP可以获得33%减重效果。据报道，该项目为世界首次商业化量产。

欧美先进钢企中以奥钢联为代表，先后实现了780～1180MPa级别冷轧和镀锌复相钢系列化生产，并且在宝马和奔驰等高端车企实现了批量应用。根据该钢企发布推荐电池包用材，冷轧复相钢在与碰撞相关轻量化部件应用比例较高，具有良好的应用前景，详见表1-46。

从国内来看，以奔驰、宝马等高端合资车企冷轧复相钢应用比例较大，同时国内自主品牌近些年来采用辊压成形方式生产的高强钢零件逐步增加，对冷轧复相钢的需求逐步增加，特别是1000MPa及以上强度级别产品，这类钢种早期主要依靠进口奥钢联、SSAB等先进企业的材料。举例来讲，国内某车企设计时选用HC900/1180CP用于门槛梁安全件，原采用进口材料，一直以来无相应国产材料替代，但量产期间对方迟迟未能按时交货，这对中国汽车产业自主化及产业链安全带来了较大的桎梏及隐患。

首钢在过去几年的实践中，实现了780～1180MPa冷轧和镀锌复相钢产品系列化开发，同时HC900/1180CP和HC660/780CPD+Z两项产品相继实现国内首发，满足了国内车企车身用钢迫切需求，带动了国内汽车用钢升级发展，也实现针对上述部分“卡脖子”关键安全部件的国产化替代，如图1-98所示。与此同时，首钢结合用户特色需求还开发了部分低屈服低碳当量的复相钢产品，如满足通用汽车标准的CR700Y980T-MP/CR700Y980T-MP-LCE。总体而言，在冷轧复相钢技术领域，我国与国际基本处于并跑状态，表1-47列出了国内外部分钢企冷轧复相钢开发进展。表1-48列出了奥钢联和首钢HC570/780CPD+Z产品力学性能，奥钢联材料屈强比更高，加工硬化指数相对较低，扩孔率相当。

进一步对两者微观组织进行分析，如图1-99所示。奥钢联材料基本由贝氏体、回火马氏体组成，铁素体含量较少，而首钢材料主要由贝氏体、铁素体及少量马氏体组成。

国内外钢企不同强度级别冷轧复相钢综合性能对比见表1-49。比较维度分别为性能指标、扩孔性能、表面质量以及使用效果，星号数量越多表明该企业表现越好。由于HC660/780CP级别目前市场应用较少，且仅有少数钢厂生产，因此这里不做详细对比。

4.小结

在汽车轻量化和高安全性大背景下，先进高强钢越来越多地应用在复杂零部件上，诸如在较小的弯曲半径下弯曲、扩孔及局部翻边等，因而材料的局部变形能力尤其令人关注。复相钢组织中含有铁素体、贝氏体、马氏体及纳米析出相，为解决冲裁边缘成形时的开裂问题提供了良好的方案。冷轧复相钢属于第一代先进高强钢，包含780MPa/980MPa/1180MPa三个强度级别，在生产及应用过程中，仍存在一些制约的瓶颈问题，具体包括：

1）冷轧复相钢的生产要求具备稳定可控的全流程制造技术，特别是微合金含量高的产品，在轧制稳定性、厚度精度一致性、镀锌可镀性以及产品性能一致性均存在一定的挑战性。

2）目前，国内已经有能够生产冷轧复相钢系列产品的厂家，但仍然只有宝马、奔驰等部分合资车企将其纳入设计选材，以CP780/1180为代表的热镀锌复相钢在国内车企尚未得到广泛应用。

3）冷轧复相钢属于超高强钢系列产品，产品屈强比高，伸长率较低，塑性变形范围窄、变形抗力大，成形时容易出现开裂、回弹大、零件尺寸精度等难以控制的问题，严重影响后续的连接和装配，以致影响整车的质量。

冷轧复相钢优异的折弯、翻边性能，在汽车工业诸多零件具备良好的应用前景。针对现阶段产业发展存在的问题，提出以下建议：

1）提高冷轧高强钢制造能力是汽车用钢企业不懈的追求，生产企业应加强制造管理体系落地，以满足用户质量需求为前提，从产品先期策划开始，按产品种类从原材料进厂直至用户满意，进行以客户为中心的全过程最优化控制，并借助计划—执行—检查—处理（PDCA）方法，以最经济的方式制造出用户满意的产品。

2）汽车用钢生产企业一方面应不断地为汽车行业提供系列稳定的高质量、高性能、高强度产品，同时还要建立和形成从生产制造到用户技术的完整的技术体系和高素质人才队伍，加强复相钢产品标准宣贯及应用优势分析，为汽车企业提供选材、用材、成形和制造等一整套技术解决方案，并建立从先期介入（EVI）到全面用户技术支持与服务的双赢体系。

1.2.8.3 高扩孔钢

扩孔和翻边性能是汽车用钢板的重要性能之一，通常钢的扩孔率介于10%～120%之间。扩孔性能与钢的成分和微观组织结构密切相关，特别是与基体强度、塑性以及软硬相硬度差异密切相关。高扩孔钢作为热轧先进高强钢中的一种，已有多年的研发和生产历史。高扩孔钢始于铁素体+马氏体双相钢，因为该系列产品组织中铁素体+马氏体的两相硬度差较大，所以在加工、制造某些较大扩孔/翻边零部件时（如副车架上下板、控制臂等），裂纹易于在两相界面处萌生并迅速扩展，如图1-100所示。

为了解决铁素体+马氏体双相钢扩孔开裂、翻边开裂等问题，采取贝氏体取代马氏体，形成铁素体+贝氏体双相组织。这种组织是过冷奥氏体在珠光体转变和马氏体转变之间的中温区发生转变形成的，转变产物是铁素体和贝氏体混合物。铁素体+贝氏体双相高扩孔钢具有较高的强度、断后伸长率，具备良好的扩孔/翻边性能，满足乘用车底盘复杂形状的汽车零部件的加工要求和服役要求。

1.高扩孔钢简介

高扩孔钢作为底盘中应用量最大、应用最广泛的先进高强度钢，主要体现在产量大、性价比高、强度高、综合性能优和使用寿命长等特点，在制造汽车底盘零部件中成本、性能、成形难度等方面具备较高的竞争优势。20世纪90年代，美国、日本等相继开发了440～780MPa级热轧铁素体+贝氏体高扩孔钢，成功应用于翻边性能要求较高的汽车底盘零部件。近年来，各大钢铁企业及研究机构对高扩孔钢的显微组织类型进行了拓展，除铁素体和贝氏体外，铁素体或强化的铁素体单相组织、贝氏体或强化的贝氏体单相组织等均实现了高扩孔翻边性能。如日本JFE报道了一种基于纳米尺寸碳化物析出强化的“NANOHITEN”热轧高扩孔钢，抗拉强度达到780MPa，具有较好的伸长率和极高的扩孔率。高扩孔钢强度级别由早期的440～500MPa提高到600MPa，部分车企已大量使用800MPa级别的高扩孔钢。在现有乘用车的车型中，高扩孔钢的抗拉强度大多在800MPa以下，随着汽车轻量化发展趋势愈加明显，且国家对汽车排放标准的日益严格，汽车用户已经加大在超高强减薄领域的研发投入，未来新车型中将应用1000MPa强度级别高扩孔钢。图1-101给出了近年来国外热轧高扩孔钢的应用实例。基于乘用车底盘的制造工艺过程和服役条件对所采用材料的技术要求是非常苛刻的，产品应具有良好的延伸凸缘性能。

在我国东南沿海地区，由于气候湿热、滨海盐雾和大量使用含钠盐的融雪剂等原因，对车身的底盘部件的耐蚀性提出很高的要求。目前，底盘用材多为无镀层的热轧板或热轧酸洗板，钢板经成形和焊接后，主要依赖电泳工艺在钢板表面涂覆一层底漆达到防腐目的。随着汽车服役环境的多样化，电泳漆膜经常会因石击破坏而出现剥落和划伤，导致钢板表面裸露在外部，与污水、酸性物质等接触后容易发生锈蚀。因此，常规酸洗高扩孔钢已无法满足底盘零件高耐蚀性要求。近年来，热基镀锌和镀锌铝镁技术和产品发展迅速，可有效解决热轧和酸洗产品耐蚀性不足问题。

2.高扩孔钢性能要求

目前，欧美、日本及我国的联盟/国家标准均制定了高扩孔钢的标准，各大汽车企业均制定了相应的高扩孔钢企业标准。以GB/T 20887.2—2022《汽车用高强度热连轧钢板及钢带 第2部分：高扩孔钢》为例，除了屈服强度、抗拉强度及伸长率外，还对扩孔率做了明确要求，详见表1-50。

3.扩孔翻边性能评价

高扩孔钢的扩孔翻边能力主要采用扩孔试验来评价，主要评价指标是扩孔率。通过线切割制成90mm×90mm的矩形试样，然后在试样中间处冲裁直径为10mm的圆孔。试验时，将中心带有预制圆孔的试样置于凹模与压边圈之间压紧，通过凸模将其下部的试样材料压入凹模，迫使预制圆孔直径不断胀大，直至圆孔的边缘局部发生开裂停止凸模运动，然后测量试样孔径，用它们计算扩孔率 λ 作为金属薄板的扩孔性能指标。

根据2003年国际标准化组织颁布的ISO/TS 16630：2003 Metallic materials- Method of hole expanding test ，钢板扩孔率的试验方法可按图1-102所示方法实施，扩孔率 λ 采用下式计算：

λ= （ D _h -D ₀ ）/ D ₀

式中， D _h 、 D ₀ 分别为孔径破断和初始孔径的直径。

4.高扩孔钢制备技术

铁素体+贝氏体双相（FBDP）钢主要通过控制工艺参数获得铁素体+贝氏体双相组织，该钢具有较高的扩孔率。基于影响扩孔率的冶金学因素，适当调控高扩孔钢的轧制工艺和轧后冷却工艺，从而使钢材获得铁素体+贝氏体双相组织。终轧温度、轧后冷却策略（包括冷却速度、分段冷却起始温度和空冷时间）、卷取温度等指标对于FBDP钢的组织形成起着至关重要的作用。热轧FBDP高扩孔钢需要采用特殊的冷却工艺来实现。为了获得具有铁素体+贝氏体的双相组织，可采用一种水冷+控冷+水冷的冷却工艺，如图1-103所示。空冷阶段使铁素体中的碳向未转变的奥氏体中富集，获得适量的先共析铁素体，第二段水冷促进贝氏体组织形成，同时在贝氏体区间进行卷取，从而形成铁素体+贝氏体双相组织。

宝钢为了达到生产热轧高扩孔钢等相变强化钢的工艺要求，在层流冷却的头、尾部加装了集束喷淋装置，提高了冷却线的冷却能力，保证了相变强化钢的生产。首钢为了解决铁素体+贝氏体高扩孔钢自动化轧制问题，开发了基于自动反馈控制的多段冷却控制系统，实现了多温度的全自动设定、动态控制和自学习控制。新的多段冷却控制系统重新设定了轧后冷却区的集管组态配置，基于冷却模型计算的动态集管调整保证高扩孔钢控制精度。

5.国内外超高强扩孔钢技术发展情况

新日铁已经形成370～590MPa多个强度级别的热轧高扩孔钢系列，详见表1-51。铁素体和贝氏体混合组织可获得强度和扩孔率的良好匹配，可以通过固溶处理缩小铁素体与贝氏体两相之间的强度差，并改善铁素体的形态。

宝钢从2004年开展了高扩孔钢研究工作，逐步形成了抗拉强度从440MPa到780MPa多个强度级别的铁素体+贝氏体高扩孔钢（表1-52）。影响组织均匀性的因素都会对钢板的扩孔性能产生影响，如夹杂物、Fe ₃ C、晶粒度等。

首钢已开发FB450、FB540、FB580、FB780、FB980等系列铁素体+贝氏体高扩孔钢，见表1-53。在成分设计方面，采取低碳、低硅、低硫和低磷的控制，其中FB540、FB580和FB780钢采用适量铌、钛和钼元素复合强化。首钢不同强度级别高扩孔钢的典型力学性能详见表1-53。

JFE公司针对复杂零部件开发了汽车底盘/悬架等零部件用热轧高强钢。针对其扩孔性能新需求，开发“NANOHITEN”产品，基体组织为铁素体和纳米强化相，保证产品具备高强度和优异的扩孔翻边性能。其抗拉强度达到800MPa，其中析出强化对屈服强度的贡献达到300MPa以上。如图1-104所示，其微观组织为多边形铁素体，没有珠光体和大的渗碳体，在基体中存在大量排列规则的纳米级粒子，且稳定性较高。运用能谱仪鉴定了这些粒子的化学成分并通过萃取的纳米级粒子的X射线衍射频谱确定了这些纳米粒子的结构类型。这些纳米级粒子为（Ti，Mo）C，其结构为NaCl型。JFE公司的这一研究开创了（Ti，Mo）C直接在铁素体钢中析出的先河。该产品析出主要集中在卷取阶段，使得产品的轧制难度下降。通过对比发现，与B、BF、F+B等单相/多相产品相比，NANOHITEN的扩孔率显著提升，如图1-105所示。

6.小结

高扩孔钢是汽车用先进高强钢的一种，它具有高强度、高伸长率和高扩孔率，因而具有优良的成形性和翻边性能，能满足对成形性能要求很高的复杂形状的汽车零部件的要求。目前，国内钢铁企业生产的高扩孔钢力学性能、表面质量等方面仍有待于进一步提升，仍存在部分高扩孔钢不能满足超深冲、高扩孔翻边零件成形要求以及工艺性不佳的问题，如焊接性能不良等，甚至还存在表面质量较差，如红铁皮、色差等缺陷。

1.2.8.4 高鲜映性汽车外板

1.材料简介

汽车涂装旨在提升车身长期在复杂气候条件下服役时的耐蚀性，同时维持车身表面光泽、色彩和美观。传统的汽车涂装工艺为3C2B工艺，即中涂—烘干—底色漆—罩光漆（或两道面漆）—烘干。

2010年左右，在欧洲出现了2C1B水性免中涂工艺，其是由艾仕得涂料系统与德国大众公司及设备供应商德国杜尔（Dürr）公司合作开发的一种精益水性免中涂涂装工艺，也称为Eco-concept工艺。免中涂工艺流程为：色漆—清漆—烘干，取消了中涂喷漆和烘干工序，将传统水性涂装体系汽车涂装线缩短了25%，投资大幅度降低，能耗和制造成本大幅度降低，涂装时间缩短，取消了中涂打磨点修和返工，生产效率提高。

免中涂工艺成为汽车涂装的一次重大的技术进步。节能环保的免中涂工艺始于欧洲后，迅速在我国兴起。该工艺因取消了中涂及烘烤过程，可降低VOCs排放60%以上。然而，2C1B工艺漆膜厚度降低使漆膜鲜映性显著降低，传统的汽车外板已无法满足新工艺的要求。汽车涂装中要求漆膜外观光滑平整，光亮如镜，通常采用鲜映性（Distinctness of Image，DOI）指标来表征涂装后外观的光泽度和成像清晰度。其测量机理为以入射角为30°的光线照射漆膜表面，检测其镜面反射角反射的强度 R _s 和偏离反射角±0.3°的散射光强度 R _0.3 ，DOI值计算公式如下：

DOI=（ R _s -R _0.3 ）/ R _s ×100%

由于免中涂工艺使漆膜厚度减薄，如果采用与传统涂装工艺相同的钢板进行免中涂工艺生产，车身漆膜外观质量下降的可能性非常高。某车企对比了免中涂和传统工艺条件下的漆膜外观质量，如图1-106所示，免中涂工艺的车身漆膜桔皮数值显著增大，鲜映性指标DOI值下降，目视感知表面质量下降。因此，汽车厂在进行涂料和涂装工艺优化的同时，对车身钢板表面质量也提出了更高的要求。一般外板表面允许偶发缺陷尺寸在0.8mm以下，而免中涂工艺外板允许偶发缺陷尺寸要在0.5mm以下。

钢板表面结构对产品的成形性能、涂装性能影响显著，汽车企业对汽车板的表面结构提出了严格的控制要求。根据美国机械工程师协会的定义，钢板表面结构是指真实表面上可以分离的典型成分，一般包括粗糙度和波纹度两种成分，二者的关系如图1-107所示。粗糙度是表面结构中跨距较短的不规则成分，通常来自于生产过程及材料本身特性。波纹度是表面结构中跨距较长的成分，通常来自于生产过程中的机器或工件缺陷、振动以及颤动等。一般来说，粗糙度的波长范围是在1mm以下，而波纹度的波长范围是1～10mm。

长波轮廓通常用波纹度表示，许多钢铁公司和汽车企业都开发了评价波纹度的方法，包括Wsa _1-5 、Wmotif、Wmacro和Wca等，详见表1-54，国内汽车厂常用的为Wsa _1-5 。

汽车涂装后钢板表面形貌中的短波轮廓部分被掩盖，但是部分长波轮廓会保留下来，对涂装后的漆膜鲜映性影响如图1-108所示。免中涂工艺对汽车外板表面轮廓提出更高的要求，即冲压后表面更光滑，波纹度足够低。根据国内外汽车厂的涂装经验，冲压后零件表面波纹度Wsa _1-5 在0.35μm以下，才能保证免中涂工艺后的表面质量，也是免中涂外板的控制重点和难点。

2.高鲜映性汽车外板制备技术

免中涂工艺对涂装质量提出了更高要求，外板表面质量要达到以下要求：一方面，冲压后波纹度Wsa _1-5 控制到0.35μm及以下；另一方面，钢板表面0.5mm及以上尺寸细微缺陷尽量少。

（1）波纹度控制技术

外板零件冲压过程中，变形量范围是5%～10%。冲压过程中，钢板表面波纹度提高，成形性能较好的IF钢波纹度可能提升100%甚至更高，如图1-109所示。

因此，钢板冲压后零件表面波纹度控制技术包括两个方面，即基板表面波纹度控制和钢板冲压过程中波纹度变化的控制。

基板表面的波纹度参数与粗糙度参数近似为正相关关系。由于汽车外板对粗糙度有下限控制要求，因而无法通过无限制减小粗糙度来减小波纹度。分析认为，除了表面粗糙度，光整机轧辊表面波纹度也对最终产品表面波纹度有显著影响，而光整机轧辊表面波纹度主要由轧辊磨削工艺决定。综合考虑轧辊磨削工艺因素的交叉影响，才能获得最佳工艺组合。基板表面波纹度控制只是零件表面波纹度控制的一个方面，基板的局部塑性变形不均匀是引起冲压后波纹度提高的根本原因，要降低冲压后零件表面波纹度，重点是控制冲压过程中波纹度的上升。通过改进冶金成分、热处理工艺以及光整工艺，可以改善基板塑性变形的均匀性，消除波纹度提高的内在因素，成形后零件表面波纹度Wa _1-5 稳定控制在0.35μm以下。

（2）表面缺陷控制技术

镀层板表面点状缺陷的形成机理复杂，是外板表面缺陷控制的难点。在热浸镀工艺过程中，带钢与流动的锌液之间发生物理化学反应。现代的热镀锌生产技术几乎全部为连续热镀锌工艺，带钢在连续退火炉内完成退火后经过炉鼻子进入锌锅中进行热镀锌，然后经过锌锅内的沉没辊、纠正辊、稳定辊后出锌锅，在气刀处经过吹扫达到合适的锌层厚度，后经冷却工序完成热镀锌过程带钢在热镀锌生产过程中，在退火炉内的选择性氧化、炉辊带来的小硌痕，在炉鼻子中的细小锌灰，在锌锅中的细微锌渣颗粒，以及在后续辊面和光整机辊面造成的锌粉硌痕，都可能带来点状缺陷。这就需要进行全工序的精细质量管控。

3.国内外高鲜映性汽车外板技术发展情况

2016年以来，全球主要汽车板生产企业针对免中涂工艺开发了一系列的满足免中涂工艺要求的外板产品（表1-55），主要有德国蒂森的PrimeTex ^® 商标产品、安赛乐米塔尔的Ultragal ^® 商标产品、塔塔的Serica ^® 商标产品，萨尔茨吉特的Pretex ^® focar ^® 商标产品、宝钢的宝特赛 ^® 商标产品和首钢的Smoo-Surf ^® 商标产品。这些商标产品主要包括IF钢、BH钢、高强IF钢三个钢种和连退、热镀锌、热镀锌铝镁三种钢板表面状态，其中首钢SmooSurf ^® 商标产品实现上述两个维度的全覆盖，还开发了双相钢外板。

4.小结

汽车涂装旨在提升车身长期在复杂气候条件下服役时的耐蚀性，同时维持车身表面光泽、色彩和美观。传统的汽车涂装工艺为3C2B工艺。2010年左右，由艾仕得涂料系统与德国大众公司及设备供应商德国杜尔（Dürr）公司合作开发了一种精益水性2C1B免中涂涂装工艺。免中涂工艺将传统水性涂装体系汽车涂装线缩短了25%，投资大幅度降低，能耗和制造成本大幅度降低，涂装时间缩短，取消了中涂打磨点修和返工，生产效率提高。免中涂工艺成为汽车涂装的一次重大的技术进步。免中涂工艺使漆膜厚度减薄，对表面缺陷遮盖力降低，涂装后表面质量的改进要在涂料改进、喷涂工艺优化和钢板质量改进等多个方面进行联合攻关。对汽车厂和钢厂表面轮廓参数和表面涂漆后外观质量参数测量要进行方法和标准的统一，以期实现免中涂外板质量的进一步提升。

1.2.8.5 球墨铸铁

汽车上一些重要的零部件常采用铸造成形方法。球墨铸铁具有优良的力学性能，其强度、塑性、韧性、耐磨性等均高于其他铸铁，疲劳强度接近于中碳钢，抗冲击性优于中碳钢，屈强比几乎是碳钢的1倍多。目前球墨铸铁已成功代替了碳钢、合金钢、可锻铸铁等，用于制造气缸套、气缸体、气缸盖、活塞环、连杆、曲轴、机床床身等一些受力较复杂，对强度、韧性和耐磨性要求较高的零件。

1.球墨铸铁简介

随着商用车行业不断发展，轻量化、高性能、低成本成为铸件发展的核心趋势。高强度球墨铸铁是满足铸件新要求的最佳原材料，800～1000MPa级球墨铸铁分为铸态供货和等温淬火铸件（Austempered Ductile Iron，ADI）两大类。

铸态供货球墨铸铁需采用严格的熔炼工艺、球化、孕育处理工艺和原材料控制，避免晶界夹杂影响材料性能，铸件生产以砂型、消失模、熔模精铸三种铸造工艺为主。铸态供货球铁铸件以QT800-5为主，密度为7.3kg/m ³ ，抗拉强度为800MPa，屈服强度为480MPa，伸长率为5%，材料硬度为HBW 245-335。ADI等温淬火球墨铸铁是一种由球墨铸铁通过等温淬火热处理得到以奥铁体为主要基体的强度高、塑韧性好的铸造合金，因不存在脆性的渗碳体使ADI具有优异的韧性，能有效减缓裂纹的扩张。ADI球墨铸铁性能详见表1-56。

2.球墨铸铁成形工艺

（1）铸态供货球墨铸铁铸造工艺

铸态供货球墨铸铁支架以砂型、消失模、熔模精铸三类铸造工艺为主。砂型铸造工艺简单、适合大批量低成本生产；消失模铸造工艺灵活方便，可用于复杂结构小批量试制或制造。铸态供货球墨铸铁铸造工艺的关键在于性能稳定性和缺陷控制，需通过不同球化方式、浇注方式、缺陷控制方式来保证铸件在成本、力学性能方面的一致性。应用铸造模拟软件对缺陷位置实现预判和优化，通过对浇注系统优化改进来精确控制缺陷。

（2）ADI球墨铸铁热处理工艺

ADI球墨铸铁是在铸态球墨铸铁铸件的基础上通过等温淬火热处理提升材料强度和塑性。等温淬火工艺是将球铁件加热到奥氏体化温度区，保温一定时间，完全奥氏体化后，快速淬入盐浴炉、油箱或流动床炉中，快冷至奥氏体转变温度区，等温保持1～4h，然后空冷至室温。热处理后的铸件组织由高碳奥氏体-针状铁素体-石墨球组成。

3.高性能球墨铸铁零件开发案例

高性能球墨铸铁主要用于重型货车底盘悬架系统，下面以重型货车底盘悬架系统平衡轴支架为例说明高性能球墨铸铁零件开发方法。

（1）平衡轴支架结构优化设计

平衡轴支架是底盘平衡悬架的重要组成部分，主要起到连接车架与钢板弹簧、保证双后桥载荷实时均衡性的作用，对确保车辆的驱动性能、通过性能有重要意义。本案例采用高性能球墨铸铁QT800-5替代原普通球墨铸铁QT500-7，原设计方案如图1-110所示，零件重量为51kg。从整体道路载荷中分解平衡轴支架受力情况，提取得到平衡轴支架在垂向工况 Z 向载荷220000N，制动工况 Z 向载荷90000N， X 向载荷120000N，作为有限元分析计算边界条件进行拓扑优化分析，CAE分析模型如图1-111所示。

对拓扑结果进行精细化设计，充分考虑球墨铸铁的凝固特性和工艺特点，尽可能采用均匀化等壁厚方案，得到轻量化设计方案，如图1-112所示。轻量化后QT800-5铸件主壁厚由14mm/16mm减薄至12mm，零件重量36kg，实现单件降重15kg，减重率29%，经CAE分析校核满足垂向、制动等使用工况强度要求。

（2）平衡轴支架工艺分析

利用铸造模拟软件对平衡轴支架的充型及凝固过程进行模拟，图1-113所示为凝固过程仿真结果，铸件凝固可以实现顺序均匀凝固。仿真发现图1-114所示局部位置可能出现缩松，待凝固后对铸件进行切割验证，如图1-115所示，发现铸件只存在轻微缩松，满足铸件缺陷控制标准，判定铸件质量合格。

（3）QT800-5球墨铸铁制备工艺

废钢化学元素的质量分数为：C，0.10%～0.30%；Si≤0.30%；Mn≤0.30%；P≤0.04%；S≤0.04%；Cr≤0.25%。增碳剂化学成分要求：固定碳≥98%；灰分Mn≤0.30%；挥发物≤0.20%；硫≤0.03%。球墨铸铁制备工艺主要分为原料熔化工艺和球化及孕育处理工艺两部分。按照废钢-生铁-回炉料的顺序加入，熔化温度控制在1370℃以下，按照炉料熔融百分比不同，分两次加入增碳剂。当炉料熔融至90%时做炉前分析。根据炉前分析结果进行必要调整，最后熔炼至出炉温度后出炉。先将占铁液重量1.5%的球化剂放到包底凹坑内，用铁托捣实，再一次将硅钡孕育剂放到球化剂上，用铁托捣实，再用经烘烤后的球铁铁屑覆盖并捣实。加入合金，并使用珍珠岩进行覆盖。出铁时第一次倒入铁液后，待球化反应结束倒入剩余铁液，并随流加入二次硅钡孕育剂。

（4）平衡轴支架制造与验证

铸造采用钢制模具，模具平面图如图1-116所示。为检验铸件实际力学性能和材料组织，从铸件本体取样进行拉伸试验检测力学性能和金相分析，拉伸断裂试样和金相取样位置分别如图1-117和图1-118所示。

试验得到的力学性能数据详见表1-57，金相分析石墨和基体组织分别如图1-119和图1-120所示。细分可得出球化等级3级，石墨大小6级，珠光体体积分数80%，QT800-5符合技术要求。检测合格后，最终对零件进行了装车试验，如图1-121所示。经道路试验，支架完全能满足整车耐久性和可靠性道路试验要求。

4.国内外球墨铸铁技术发展情况

20世纪50年代，美国对球墨铸铁进行了等温热处理试验，使球铁具备了高强、高韧及良好的耐磨性。20世纪70年代，国内外几乎同期宣布了高性能ADI球墨铸铁的成功研发。在国外ADI球墨铸铁应用市场中，汽车铸件占50%以上，主要有曲轴、齿轮特别是重型货车的底盘零件。据介绍，目前美国ADI球墨铸铁铸件目前最小可做到壁厚3mm。国内ADI铸件主要应用于重型货车悬架、支架、耐磨件、齿轮、曲轴等部件。

2000年，国内首次将ADI球墨铸铁大批量应用于重型货车零部件生产上，种类和产量逐年增加。在重型货车底盘上的应用已从最早的单件尝试替代，转变为应用有限元分析技术多件装配以实现轻量化设计。国内主要ADI铸件生产厂家有河南欧迪艾、河北清河恒基机械、大连三明等，产品包含板簧支座、支架、拖钩等几十种零件，产品质量较好。

东风汽车在5t高机动越野车上采用ADI铸件替代传统铸钢件，结合CAE模拟分析，充分发挥ADI球墨铸铁优良的铸造和力学性能，满足零件承载要求的前提下总质量由630kg减重为380kg，减重率为39.6%。一汽集团在前梁、转向节、后桥、轮毂等重型货车底盘零件上采用ADI球墨铸铁，通过结构优化和减薄设计，实现轻量化和降成本。球墨铸铁在国内商用车企业底盘件应用广泛，表1-58列举了800～1000MPa球墨铸铁主要应用范围。

近年来，我国ADI等温淬火球墨铸铁铸件生产技术与应用取得较大进展：

1）重型货车底盘零件应用逐步扩大，产量逐年提高，随着轻量化战略的推进，逐渐成为我国ADI铸件产量新的增长点。

2）球墨铸铁用原辅材料质量和毛坯质量大幅改善，支持ADI铸件在齿轮、曲轴等抗磨耐磨零件应用突破。

3）通过建立ADI铸件热处理中心，提供了质量稳定、价格合理的热处理装备和生产服务。

5.小结

近年来，行业对铸态球墨铸铁材料与工艺技术研究取得了长足进展，重点聚焦于如下三个方面的研究：

1）以汽车工业、航空航天及核能工业轻量化、集成化、降成本需求为主要目标，重点研究球墨铸铁高强高韧化，尤其是薄壁铸件高强高韧化：①研究化学元素含量、状态、分布对球墨铸铁组织、性能的影响，例如适量添加稀土等合金元素细化共晶组织，提高球墨铸铁强度和耐磨性；研究氧、硫、碳、硅、锰、铜及真空处理等对球墨铸铁件组织和力学性能的影响，进而改善球墨铸铁件组织和力学性能。②研究开发球化率高、球径小而稳定一致的石墨球化与孕育工艺技术。③研究确保冷却速度一致性的铸件冷却控制技术，通过控制铸件凝固后冷却来改变固态相变，改善组织与性能。

2）球墨铸铁铸件设计、生产过程的数字化与智能化转型。结合金属成形工艺与计算流体力学理论，研究球墨铸铁铸件的组织、缺陷、性能模拟与预测技术、数值模拟仿真软件、设计与工艺管理专家系统，使球墨铸铁铸造技术由经验化向定量化发展。能够对铸造过程和设备进行在线检测与智能控制，实时控制有关生产设备，自动发出准确合理的指令控制相关设备，实现铸造过程和生产设备的智能化。

3）专业化、规模化、低碳化生产，实现球墨铸铁质量稳定控制，提升应用球墨铸铁铸件应用范围和比例。专业化、规模化生产是保障球墨铸铁质量稳定性的重要途径，通过强化质量控制与管理，保证产品质量稳定性和一致性。

未来ADI铸件研究趋势重点聚焦于如下五个方面：

1）利用有限元分析等现代设计手段，按ADI的性能特点及服役条件进行零件结构和集成化优化，实现轻量化设计。

2）结合增材制造技术（3D打印）在线快速生产砂型模具，实现ADI铸件薄壁化（壁厚<2.5mm）。

3）通过质量控制、工艺管理、质量检验等手段提升ADI铸件质量的稳定性和一致性。

4）加强ADI铸件国家标准的宣贯，支持并推动行业工程技术人员主动选用ADI铸件以解决轻量化、降成本等产品问题。

5）建立ADI专业生产厂和等温淬火热处理中心等产业化生产发展平台。 vWA1onDS9e+saQ5jyHsu4wLtL+YUgjTZa0HgNkiBFxO4N0ZNpeY97FT9a9NOL7ti