dagens AHSS för fordonsindustrin
avancerade höghållfasta stål (AHSS) är komplexa, sofistikerade material, med noggrant utvalda kemiska kompositioner och flerfasiga mikrostrukturer som härrör från exakt kontrollerade uppvärmnings-och kylprocesser. Olika förstärkningsmekanismer används för att uppnå en rad styrka, duktilitet, seghet och utmattningsegenskaper. Dessa stål är inte gårdagens milda stål; snarare är de unikt lätta och konstruerade för att möta utmaningarna i dagens fordon för stränga säkerhetsbestämmelser, utsläppsminskning, solid prestanda, till överkomliga kostnader.
AHSS-familjen inkluderar Dubbelfas (DP), Komplexfas (CP), ferritisk-Bainitisk (FB), Martensitisk (MS eller MART), Transformationsinducerad plasticitet (TRIP), Varmformad (HF) och Vänortsinducerad plasticitet (TWIP). Dessa 1: A och 2: a generationens AHSS-kvaliteter är unikt kvalificerade för att uppfylla de funktionella prestandakraven för vissa delar. Till exempel är DP-och TRIP-stål utmärkta i bilens kraschzoner för sin höga energiabsorption. För konstruktionselement i passagerarutrymmet ger extremt höghållfasta stål, såsom martensitiska och borbaserade Presshärdade stål (PHS) förbättrad säkerhetsprestanda. Nyligen har det ökat finansiering och forskning för utvecklingen av ”3: e generationen” av AHSS. Dessa är stål med förbättrade styrka-duktilitetskombinationer jämfört med nuvarande kvaliteter, med potential för effektivare sammanfogningskapacitet, till lägre kostnader. Dessa kvaliteter kommer att återspegla unika legeringar och mikrostrukturer för att uppnå önskade egenskaper. Det breda utbudet av egenskaper illustreras bäst av det berömda globala Formbarhetsdiagrammet, fångat i Figur 2-1 följande.
stål med sträckgränsnivåer över 550 MPa kallas i allmänhet AHSS. Dessa stål kallas också ibland ”ultrahöghållfasta stål” för draghållfasthet som överstiger 780 MPa. AHSS med en draghållfasthet på minst 1000 MPa kallas ofta ”GigaPascal steel” (1000 MPa = 1gpa). Observera en annan kategori av stål, representerade i Figur 2-1 följande som austenitiskt rostfritt stål. Dessa material har utmärkt styrka i kombination med utmärkt duktilitet och uppfyller därmed många fordonsfunktionskrav.
tredje generationens AHSS (3rd Gen) syftar till att erbjuda jämförbara eller förbättrade funktioner till en betydligt lägre kostnad. Men eftersom de är så Nya finns det ännu ingen tydlig definition av vad de består av. De primära målen för att utveckla 3rd Gen steels är:
- använd stål med lägre legeringsinnehåll för att minska kostnaderna.
- mål minsta styrka och duktilitetsnivåer till 1200 MPa och 30% töjning.
just nu finns det ingen ren formel, eftersom det finns flera olika bearbetningsvägar tillgängliga för stålproducenterna för att uppnå 3: e Genkvaliteter och egenskaper. Också, Nano stål kategoriseras som 3rd gen. men det diskuteras i branschen, som du kan föreställa dig. Mål fastställdes i projektet Institute for Computational and Mathematical Engineering (ICME). En presentation som ges vid Steel Market Development Institute 2017 Great Designs in Steel sammanfattar detta projekt. Våra kollegor vid Steel Market Development Institute och Auto/Steel Partnership arbetar också med att utveckla gemensam nomenklatur för stål. De flesta följer vda-specifikationsnomenklaturen. General Motors Company har också utvecklat en specifikation för AHSS (inklusive 3rd Gen AHSS) som är under granskning. Så håll dig uppdaterad här om denna utveckling, eftersom vi planerar att ta itu med detta i nästa version av AHSS-riktlinjerna, som kommer ut 2020.
Ståldefinitioner
Fordonsstål kan klassificeras på flera olika sätt. En är en metallurgisk beteckning som ger viss processinformation. Vanliga beteckningar inkluderar låghållfasta stål (interstitialfria och milda stål); konventionell HSS (kol-mangan, bakhärdbart och höghållfast,låglegerat stål); och den nya AHSS (dubbelfas, transformationsinducerad plasticitet, vänortsinducerad plasticitet, ferritisk-bainitisk, komplex fas och martensitiskt stål). Ytterligare stål med högre hållfasthet för fordonsmarknaden inkluderar varmformade, efterbildande värmebehandlade stål och stål utformade för unika applikationer som inkluderar förbättrad kantsträckning och stretchböjning.
en andra klassificeringsmetod som är viktig för deldesigners är stålets styrka. Därför kommer detta dokument att använda de allmänna termerna HSS och AHSS för att beteckna alla högre hållfasthetsstål. Detta klassificeringssystem har ett problem med den pågående utvecklingen av de många nya kvaliteter för varje typ av stål. Därför kan ett DP-eller TRIPPSTÅL ha hållfasthetskvaliteter som omfattar två eller flera hållfasthetsområden.
en tredje klassificeringsmetod presenterar olika mekaniska egenskaper eller formningsparametrar för olika stål, såsom total töjning, arbetshärdningsexponent (n-värde) eller hålexpansionsförhållande (XHamster). Som ett exempel jämför figur 2-1 totala förlängningar – en stålegenskap relaterad till formbarhet – med draghållfastheten för de nuvarande ståltyperna. Dessa egenskaper är viktiga för pressverkstadsverksamhet och virtuella formningsanalyser.
Stålhållfasthetsdiagram för dagens AHSS-kvaliteter (inkluderar en jämförelse av traditionella låghållfasta och höghållfasta stål)
den huvudsakliga skillnaden mellan konventionell HSS och AHSS är deras mikrostruktur. Konventionella HSS är enfas ferritiska stål med potential för viss perlit i C-Mn-stål.. AHSS är främst stål med en mikrostruktur som innehåller en annan fas än ferrit, perlit eller cementit – till exempel martensit, bainit, austenit och/eller kvarhållen austenit i kvantiteter som är tillräckliga för att producera unika mekaniska egenskaper. Vissa typer av AHSS har en högre töjningshärdningskapacitet vilket resulterar i en styrka-duktilitetsbalans överlägsen konventionella stål. Andra typer har ultrahögt utbyte och draghållfasthet och visar ett bakhärdningsbeteende.
eftersom terminologin som används för att klassificera stålprodukter varierar avsevärt över hela världen använder detta dokument WorldAutoSteel-formatet för att definiera stålen. Varje stålkvalitet identifieras av metallurgisk typ, minsta sträckgräns (i MPa) och minsta draghållfasthet (i MPa). Som ett exempel betyder DP 500/800 dubbelfasstål med 500 MPa minsta sträckgräns och 800 MPa minsta ultimata draghållfasthet. ULSAB-AVC-programmet använde först detta klassificeringssystem.
metallurgi av AHSS
tillverkare och användare av stålprodukter förstår i allmänhet den grundläggande metallurgin hos konventionella låg – och höghållfasta stål. Avsnitt 2.B. ger en kort beskrivning av dessa vanliga ståltyper. Eftersom metallurgi och bearbetning av AHSS-kvaliteter är något nya jämfört med konventionella stål beskrivs de här för att ge en grundläggande förståelse för hur deras anmärkningsvärda mekaniska egenskaper utvecklas från deras unika bearbetning och struktur. Alla AHSS produceras genom att kontrollera Kemi och kylhastighet från austenit eller austenit plus ferrit fas, antingen på runout bord av den varma kvarnen (för varmvalsade produkter) eller i kylsektionen av den kontinuerliga glödgning ugnen (kontinuerligt glödgad eller varm-dip belagda produkter). Forskning har gett kemiska och bearbetningskombinationer som har skapat många ytterligare kvaliteter och förbättrade egenskaper inom varje typ av AHSS.
för mer information om denna unika familj av avancerade stål, ladda ner Advanced High-Strength Steels Application Guidelines här, gratis.