自1920年代以来，钢材一直是全球汽车制造商的首选材料。如今，钢铁约占汽车平均重量的65％，是整车的基础。平均每辆车使用900公斤钢材。

为了增强乘客的安全性和车辆性能，减轻车辆的重量已成为当今汽车行业的头等大事。高级高强度钢（AHSS）是当今汽车工业中增长最快的材料，并且是减少汽车质量的关键材料[1]。

通常，AHSS是屈服强度高于550 MPa的钢。它们具有独特的低重量，高强度和优化的可成型性，从而使汽车制造商可以使用更少的材料，从而大大减轻了车辆的重量。

钢铁发展

从上世纪1900年代的低碳钢到1970年代后期的高强度低合金（HSLA）以及1990年代第一代高级高强度钢（AHSS）的引入，钢的性能在上个世纪得到了显着改善。 ]。

在过去的二十年中，钢铁行业开发了不同的合金化和加工组合，以生产出具有更高强度的钢微结构，以减小钢的截面尺寸和重量[2]。

高抗拉强度和延展性，精心选择的化学成分以及AHSS的多相微结构令人印象深刻的组合旨在帮助汽车行业满足轻量化要求[3]。AHSS不会比传统钢材轻得多，但是它们的强度使汽车制造商可以制造非常薄的仪表，从而减轻了车辆的重量。

汽车用钢的分类

目前，汽车行业使用大约30种钢种，可以分为三种不同的名称[1]：

• 冶金名称

• 强度指定

• 可成型性指定

冶金名称提供了有关钢的成分，加工和显微组织的信息。汽车工业用钢可分为传统低碳钢，常规高强度钢（HSS）和高级高强度钢（AHSS）。

汽车行业的第二种重要分类方法是钢的强度。术语HSS和AHSS通常用于表示所有更高强度的钢。

有时将AHSS称为抗拉强度分别超过780 MPa和1000 MPa的超高强度钢或超高强度钢。但是，由于新一代AHSS的不断发展，全世界对高强度钢进行分类的术语差异很大。

钢的可成型性定义为通过不同的制造工艺将其制成简单和复杂形状的能力[1、2]。表征可成形性的重要参数是高加工硬化指数和总伸长率。尽管较高的加工硬化指数说明了钣金件在施加载荷的情况下拉伸和更均匀地分布应变的能力，但总伸长率决定了在断裂之前可以拉伸钢的体积。

传统低碳钢

低碳或低碳钢是指抗拉强度为400 MPa，碳含量为0.05％-0.25％的钢。低碳钢的微观结构使其相对易延展且易于形成，由一相（通常为铁素体）组成[4]。如图1所示，低碳钢通常用于车辆的车身结构和行李箱盖。

图1.车辆中的钢分布[5]

高强度钢

高强度低合金（HSLA）钢是汽车工业中最常用的高强度钢[3]。这些钢具有高达800 MPa的更高抗拉强度。它们并非满足特定的化学成分，而是满足特定的机械性能[4]。它们具有低的合金化和碳含量，以保持加工性和焊接性，与铜，钛，钒，和铌添加用于强化目的的[3]。如图1所示，HSS钢已用于车辆中能量吸收很重要的区域。

低合金钢

低碳钢

常规HSS和AHSS之间的主要区别在于它们的微观结构。AHSS是具有复杂组织的多相钢，包含铁素体，马氏体，贝氏体和奥氏体等相[6]。

第一代AHSS

AHSS系列的第一代产品包括双相（DP），复相（CP），马氏体（MS）和规则的相变诱发塑性（TRIP）。

在相同的强度水平下，第一代比HSLA具有更高的可成形性。这是由于其多相微观结构，其中包含铁素体相和马氏体相，以在可成形性和强度之间取得平衡。独特的微观结构是通过特殊的热处理[1，3]创建的。

• DP钢的抗拉强度为590到1400 MPa，用于车辆的碰撞区域。

• CP钢的显微组织除了贝氏体 和马氏体外，还包括贝氏体，这使它们比DP钢更易成型。它们的抗拉强度为800到1180 MPa，通常用于汽车车架。

• TRIP钢具有的拉伸强度范围为590〜1180兆帕。这些钢的显微组织与铁素体和马氏体一起，含有残留的奥氏体，当钢变形时，它们会转变成强马氏体相，因此可以吸收大量的能量。它们通常用于车辆前后区域结构中的能量吸收。

• MS钢是AHSS系列中最硬的钢种。它们的强度范围从900〜1700兆帕。这些钢可能具有最高的强度，但是由于在显微组织中马氏体的形成量较高，因此它们的可成形性最低。它们用于必须限制变形的车身。

第二代AHSS

第二代AHSS包括新一代的相变诱发塑性（TRIP），热成型（HF）和孪生诱发塑性（TWIP）钢[1]。第一代和第二代AHSS均旨在满足汽车行业某些零件的功能性能要求[6]

图2显示第一代AHSS的可成形性非常有限。第二代的可成形性明显高于第一代，但是由于合金元素的高成本，它们非常昂贵[7]。因此，目前正在开发第三代AHSS。这些钢的目的是要提高强度-延展率，并有望实现结构重量减轻超过35％[2]。

图2汽车工业用钢的分类[1]。

由于与常规HSS相比，AHSS等级的冶金学仍是一个新领域，因此目前仅生产两种类型的第三代AHSS。各种AHSS等级可在图2中看到。

AHSS的意义

AHSS现在几乎用于所有新车设计。预计它们将替代当前使用的常规HSS的大约60％ [1]。

由于AHSS可以在非常薄的规格下制造并保持与低碳钢相同的强度，因此设计人员可以轻松地用AHSS代替传统钢[3]。用其他轻质材料（例如铝或纤维增强复合材料）代替钢时，情况并非如此。这些有色金属材料价格昂贵，与现有的制造工艺不兼容，并且具有较高的生产和制造成本[1]。

成本效益分析表明，钢制零件比其他轻质材料更坚固，更便宜。与钢竞争的最流行的轻质材料是铝。尽管在汽车工业中使用的铝一直在适度增长，但是用铝制造的车身结构比钢制造的成本高60％至80％[1]。

铸铝

锻铝

AHSS的未来

与传统钢相比，新等级的AHSS使车身结构轻了25-39％。当应用于典型的五人座家用车辆时，车辆的总重量可以减少170至270 kg。减轻车辆重量是提高燃油效率的关键因素[1]。每辆车使用较少量的钢材可以减少材料和燃料成本，从而有利于环境保护。简而言之，如果汽车制造商使用拉伸强度为1000 MPa而不是500 MPa的钢，则钢材消耗将减少一半。

图3.到2023年，高级高强度钢（AHSS）市场预计将比2017年增长一倍以上。

最近的许多研究比较并预测了AHSS在汽车，建筑和其他应用中的消耗[1，5]。毫不奇怪，在未来几年，对AHSS的需求将增加，其中汽车行业将成为主要驱动力。