小黄人工业互联5月22日：

随着机械制造工业的迅猛发展，增加金属材料的强度，以减轻构件重量是结构钢的发展方向。近年来，在工程机械，汽车车辆，煤炭、矿山机械等领域开始使用大量超高强度钢取代传统强度钢，所用金属材料的强度级别越来越高。例如，采用超高强度钢制造工程机械的结构件，起重机的吊臂，汽车的梁结构，以及车体等移动设备的构件等等，都会明显减轻设备自重，减少燃料消耗，同时提高承载能力，提高工作效率，由此带来的经济效益极其可观。

主要从性能、成本和轻量化来综合考量，超高强度钢现已在上述领域广泛应用。

→ 在相同的屈服、抗拉强度下，超高强钢用料更少，尽管单价更高，但总体来讲依然比使用普通钢材便宜，这样一来生产成本便会降低不少；

→ 出于轻量化考虑，超高强钢在满足设计需求的情况下，重量较普通钢材更低。例如为满足工程机械大型化、轻量化、重载荷等要求，工程机械用钢材需具备优良的综合力学性能。屈服强度超1000MPa超高强钢板的使用将有效减轻设备自重，提高工程机械的工作效率，因此该系列钢种的需求量很大。

汽车用超高强度钢

高强度钢是相对软钢而言的，不同钢厂和汽车生产厂划分标准并不统一，分别按照屈服强度或抗拉强度划分。根据国际钢铁协会的定义，将屈服强度在210～550MPa范围内的钢定义为高强度钢（HSS），屈服强度在550MPa以上的钢定义为超高强度钢（UHSS）。在日系汽车中，一般把抗拉强度在340MPa以上的定义为高强度钢，780MPa以上的定义为超高强度钢。这两种方法都是经常采用的。

为什么车体骨架采用具有强度的钢结构？

  • 应对日益严格的防碰撞安全要求增加车辆强度和刚性。

  • 相比其他同等性能指标的材料，成本更低。

为什么要使用高强度钢和超高强度钢？

在车的材料中大量使用高强度钢和超高强度钢是进入21世纪后，在之前的90年代一般都在应对碰撞部分使用。在那个增加车体重量可以被接受的年代，将高强度钢拼接在普通钢板上，仅通过增加钢板厚度来增强刚性。现在，除了要应对碰撞法规增加刚性和强度外，环境法规也越来越严，这就需要在耐碰撞性能和燃油消耗之间取得平衡，越来越重肯定是不行的。

“中国制造2025"明确了节能和新能源汽车等10大领域和23个重点发展方向。到2025年拥有自主完整的产业链，百公里油耗降至4升（2025年的）和3.2升（2030年）。所以，汽车轻量化和电动化是降低油耗的必有手段。应用超高强度钢板技术是材料和工艺技术的重点。冷成型包括双相钢，复相钢，相变诱导塑性钢，孪晶诱导钢，马氏体钢。

双相钢

DP钢，Dual Phase Steel，即双相钢。双相钢是目前应用范围最广的一种先进高强度汽车钢板，是汽车产业实现车身轻量化的重要材料。

DP钢的显微组织主要为铁素体和马氏体，如图，马氏体组织以岛状弥散分布在铁素体基体上。铁素体较软，使钢材具备好的成形性，同时，马氏体较硬，使钢材具备较强度，DP钢的强度随较硬的马氏体所占比例提高而增强。根据用途，可生产不同级别双相钢，以抗拉强度数值为标准，分为490、590、780与980MPa级。DP钢是目前汽车结构类零件的首选钢种，应用于结构件、加强件和防撞件，比如防撞杆、防撞杆加强结构件等。

马氏体钢

MS钢，钢的屈强比高，抗拉强度高，延伸率相对较低，需要注意延迟开裂的倾向，具有很高碰撞吸收能、强度塑性积和n值。应用于简单零件的冷冲压和截面相对单一的辊压成形零件，如保险杠、门槛加强板和侧门内的防撞杆等。

淬火延性钢

QP钢以马氏体为基体相，利用残余奥氏体在变形过程中的TRIP效应，能实现较高的加工硬化能力，比同级别超高强钢拥有更高的塑性和成形性能。应用于形状较为复杂的汽车安全件和结构件，如A、B柱加强件等。

工程及矿山机械

随着工程及矿山机械的发展，用钢强度级别要求越来越高，用钢向超高强和超高韧性发展。国内工程用钢的开发起步行对较晚，随着近几十年来不断引进国外工程制造技术，我国工程用钢早已打破了以Q235和Q345低级别钢为主的状态。目前，已开发出了600、700、800、1000MPa等多个级别的高强度和超高强度用钢。

WELDOX1100E和WELDOX1300E采用优化的生产工艺，具有出色的焊接性和可弯曲性。由于二次冶炼产生的独特效果，这种钢材还具有非常高的纯度和硬度。WELDOX1100E和WELDOX1300E主要应用是承重，如起重机，此外还可应用于一些新的领域。例如，在某些情况下，可使用WELDOX1300E替代钛和铝。

DILLIMAX1100是淬火+回火、高强度细晶粒结构钢，其机械性能通过水淬后回火获得。最适合用于制造机械结构、设备构造及钢结构中的焊接结构件，如工程机械、输送设备、升降机、起重机、水利闸门、钢铁框架结构以及制造需极大地降低自重的钢结构，如升降设备和起重机。

在国内，1000MPa级工程机械用钢主要用于煤矿液压支架、工程机械的耐磨部位等。宝钢、鞍钢、舞钢等大型钢铁企业已开发出1000MPa级工程机械用超高强钢板，如HQ100、WQ960D等等不胜枚举。

1000MPa以上 超高强度钢，钢铁研究总院对Q1100、Q1300MPa级工程机械用钢的进行研发工作。

船舶及海洋工程

我国的蛟龙号可以安全下潜到7000米的深海，还在研发可以下潜到11000米的有人深渊潜航器。这都说明我们世界一流的海洋科技实力。当代的作战潜艇的吨位基本都超过1000吨，核潜艇更高达万吨级别，其表面积比排水量只有几十吨的蛟龙号大的多，因此受到的总水压影响，到目前为止，大型作战潜艇的最大潜深不大于1300米。苏联人在潜艇的大潜深方面情有独钟。曾用钛合金制造耐压壳，创造出核潜艇下潜深度的世界记录。俄罗斯在潜艇耐压壳的用钢强度上，过去一直走在世界前列。比如亚森级的耐压壳强度就在1050MPa。要提高海洋用舰船的性能，开发超高强度海洋用钢是当务之急。

钢铁研究总院1000MPa级超高强钢的实物水平

  • 规格：

√ 板，厚度40mm

  • 力学性能：

√ Rp0.2=1020MPa

√ Rm=1115MPa

√ A=16%

√ Z=78%

√ Akv（-40℃）=205J

  • 交货状态：

√ 淬火+高温回火

  • 配套焊材：

√ 焊条、气体保护焊丝、埋弧焊丝

  • 更多检测数据：

√ CTOD数据：

试验钢板-20℃裂纹尖端张开位移特征值δi和δ0.05分别为0.181和0.131，断裂韧性优良

√ 应力腐蚀：

恒位移法测定的试验钢，应力腐蚀性能良好，试样经预加载，在人造海水环境中试验7天后，裂纹未发生扩展

√ 焊接预热温度：

预热及道间温度为100~120℃

  • 更多规格：

√ 提供厚度：10mm~120mm的多种规格

√ 特殊规格，提供定制服务。

1000MPa级高强钢不同规格的实物水平示例

超高强钢在使用上需要注意什么？

》》》焊接时容易产生冷裂纹

由于超高强钢化学成分中的合金系统复杂，材料的淬硬性较大，焊接时容易产生冷裂纹。

》》》焊接时焊接接头脆化

超高强钢的强度级别高，焊接过程中容易导致包括焊接热影响区在内的焊接接头脆化。

因此，防止焊接冷裂纹产生、确保焊接接头具有优良的力学性能是该系列钢材的焊接技术关键。

专家提示：

1000MPa级超高强钢焊接材料的选择和匹配注意事项：

超高强度钢由于强度提高,直接选用高组配的焊接接头，焊缝的韧性不容易保证，将可能导致由于焊缝金属韧性不足，由此引起低应力脆性破坏。可以根据等韧性原则，选择焊缝韧性不低于基体金属（1000MPa级超高强钢）的低组配焊接接头更为合理，即，焊缝金属的强度不低于母材的87%，仍可保证接头与母材等强。当焊接较厚的高强度钢板材时，在焊缝的不同部位应匹配不同强度级别的焊接材料。超高强钢焊接时应选用超低氢焊接材料,熔敷金属的含氢量应≤5ml/100g(水银法)，以尽量减少焊接过程中由焊接材料带入焊接接头的氢含量，并且要避免吸潮等等。