先进高强度钢应用手册

先进高强度钢应用手册

国际汽车钢板研究组织

2006.9

湖南大学汽车车身设计与制造国家重点试验室译（第1版）

2009.1

前言

近几年来，为了减轻汽车重量和提高汽车安全性，汽车钢板的开发技术、应用技术方面有了许多新的发展。由国际钢铁公司资助的项目ULSAB （汽车车身轻量化技术）和USLAB-A VC(先进概念车）等，主要在车身上大量采用先进高强度钢，研究汽车的轻量化设计的一些理念。先进高强度钢的应用，需要新的成形技术和连接技术。

这本指南是汽车钢铁研究组织的多位专家的合作成果。其中，特别感谢以下专家：

Dr Heiko Beenken

Mr Willie Bernert

Mr Klaus Blümel

Dr Bj?rn Carlsson

Dr Jayanth Chintamani

Mr Bart DePompolo

Mr Daniel Eriksson

Mr Peter Heidbüche

…

特别感谢Stuart Keeler博士，他是一位金属成形领域的著名专家。他负责本书的编辑工作。国际汽车用钢组织包括全球的下面钢铁公司:

宝山钢铁公司

……

Edward G. Opbroek

国际汽车用钢组织主席

翻译感言

偶然在网上搜索到这本《ADV ANCED HIGH STRENGTH STEEL APPLICA TION GUIDLINES》，当时非常高兴，这本书中包括了一些工厂中常遇到的一些问题，比如，先进高强度钢与传统钢的区别，DP钢与TRIP钢的区别，各种回弹机理。当时只看了一些感兴趣的章节。后面继续看这本手册，发现中间还包括很大的信息量，激起了翻译该本手册的兴趣。翻译过程中，感觉收获比较多，比如局部延伸率，这在国内文献中很少看到。

本手册第一章介绍了先进高强度钢的微观结构、宏观力学性能等；第二章中介绍了先进高强度钢零件的设计、冲压和应用中的一些问题；第三章介绍了先进高强度钢的连接方法；第一章的知识用于解释第二章、第三章中的某些现象。第四章是书中的一些专有名词及其解释，为了方便读者看英文版本，该章有中文和英文。第五章是参考文献。

阅读本手册，可快速全面掌握先进高强度钢涉及到的问题，对这些问题有个初步的了解。如果对其中某个问题很感兴趣，可以在第五章查找相关的文献，或在实践中研究相关问题。相信该手册对先进高强度钢生产企业、汽车生产企业、模具企业、高校或研究所都有一定参考价值。

由于译者外语水平和知识有限，本文翻译中难免有一些错误之处，请大家批评指正。同时建议读该文献原文，第四章中的词汇为中英文，对阅读原文可能有所帮助。

刘迪辉申光举译

2009年1月30日

目录

前言 .................................................................................................................................................. I 翻译感言.......................................................................................................................................... II 第1章先进高强度钢概述.. (1)

1.1 定义 (1)

1.2 AHSS钢组织 (2)

1.2.1 DP钢 (3)

1.2.2 TRIP钢 (4)

1.2.3 CP钢 (5)

1.2.4 MS钢 (6)

1.2.5 FB钢 (6)

1.2.6 TWIP钢 (6)

1.2.7 HF钢 (7)

1.2.8 PFHT钢 (7)

1.2.9 新的AHSS钢种 (8)

1.3 HSS钢和低强度钢组织 (8)

1.3.1 软钢 (8)

1.3.2 IF钢 (8)

1.3.3 BH钢 (8)

1.3.4 各向同性钢（IS） (9)

1.3.5 CM钢 (9)

1.3.6 HSLA钢 (9)

第2章成形 (10)

2.1 概述 (10)

2.2 成形仿真技术的发展 (10)

2.3 薄板成形 (12)

2.3.1 力学性能 (12)

2.3.2 成形极限 (23)

2.3.3 成形模式 (28)

2.3.4 模具设计 (36)

2.3.5 回弹 (39)

2.3.6 落料、冲孔和修边操作 (52)

2.3.7 压机要求 (54)

2.3.8 多步成形 (59)

2.3.9 应用要求 (60)

2.4 管成形 (62)

2.4.1 高频焊接管 (62)

2.4.2 激光焊接钢管 (66)

2.4.3 关键点 (67)

第3章连接 (68)

3.1 概述 (68)

3.2 焊接过程 (68)

3.2.1 电阻焊 (68)

3.2.2 高频感应焊接 (77)

3.2.3 激光焊接 (79)

3.2.4 无涂层钢板的电弧焊 (81)

3.3 钎焊 (82)

3.4 粘接 (83)

3.5 机械连接 (84)

3.6 复合连接 (85)

3.7 高强度钢零件维修和更换中的材料问题 (86)

第4章词汇注解 (87)

第5章参考文献 (98)

第1章先进高强度钢概述

先进高强度钢应用指南主要集中讨论采用先进高强度钢的车身覆盖件、结构件、外覆盖件的冲压成形、加工和连接技术等。在车身零件中采用传统的高强度钢替代中低强度的钢时常遇到成形性变差的问题。为了克服这个问题，进一步减轻车身重量，如何提升高强度钢的成形性能是这些年研究的关键问题。先进高强度钢中的多相钢基本满足了高强度钢成形性的要求，这些材料既可具有高强度性能，也能够具有良好的成形性。

1.1 定义

汽车用钢有多种分类方法。一种是根据钢种划分，也就是按钢组织划分。常用的钢包括低强度钢（包括IF钢，软钢），传统高强度钢（HSS钢，包括CM、HSLA、BH、HSSIF钢等），和新型先进高强度钢（包括：双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、复相钢（CP）和马氏体钢（M）。更高强度钢包括FB,TIP,Nano,热成形钢和成形后热处理用钢等。

一种是根据钢板的强度划分，汽车选材一般按强度选择。与一般文献分类不同，本文把强度高的钢分为HSS和AHSS。这种分类中，高强度钢HSS的屈服强度为210~550MPa，抗拉强度为270~700Mpa，超高强度钢(UHSS)的屈服强度在550MPa以上，抗拉强度在700MPa以上。很多钢种可跨两个或多个强度等级。

第三种分类方法是根据钢板的机械性能或成形性能划分的，如延伸率、硬化系数n,扩孔系数等。图1-1是一个各类钢的延伸率与成形性的关系，低强度钢用为暗灰色，传统高强度钢为亮灰色，早期的AHSS用彩色标出。图1-1A和图1-1B显示了不同钢种所覆盖的大致强度等级。

图1-1A 钢的延伸率与强度的关系

图1-1B 采用新的化学成分、工艺、微结构来取代更高性能和成形性

传统的高强度钢HSS与先进高强度钢AHSS的根本区别在于微观结构。HSS微观结构主要是单相铁素体，AHSS包括铁素体、马氏体、贝氏体，或残余奥氏体。这些含量不同导致钢板有一些不同的特性，如一些AHSS钢比HSS钢具有较高的应变强化能力，一些AHSS 钢有超高的屈服应力和抗拉强度，并具有热烘烤强化特性。

为了使本文在全世界内都可使用，对钢板采用了复合定义方法，定义为：钢种+屈服极限（MPa）+抗拉强度（MPa）。例如，DP500/800表示双相钢，最小屈服应力500MPa，最小抗拉强度为800MPa。这种定义方法在ULSAB-A VC项目中采用过。

表1-1 ULSAB-A VC项目使用的AHSS钢板

需要指出的是世界上不同钢铁公司的产能不同。上面的钢覆盖了全世界大部分的AHSS钢，在准备使用高强度钢时需要同相应的钢铁公司联系，了解钢铁公司所生产钢板的具体参数和性能，包括：力学性能参数和范围，厚度和宽度，热轧钢板、冷轧钢板、表面镀层，化学成分等。

1.2 AHSS钢组织

传统钢的组织在1.3中做简要的介绍，本节主要介绍AHSS钢的一些知识，说明不同的AHSS钢性能不同，原因是它们晶相组织不同、生产工艺不同。所有的AHSS钢，主要控制钢的冷却速度，控制奥氏体向铁素体的转化过程。

1.2.1 DP钢

DP钢第一相为铁素体晶格，第二相为马氏体，马氏体分布在铁素体晶格之间，可称为岛状马氏体。增加马氏体的含量一般会提高材料的强度。通过控制冷却过程，从奥氏体（热轧钢）或者从铁素体、马氏体、奥氏体（连续热处理冷轧钢或带涂层的钢）等中，先把部分奥氏体转换为马氏体，然后通过快速冷却把残余奥氏体转换为马氏体，这样可得到双相钢。如果需要板料边缘有更强的抗开裂能力（一般又扩孔试验来检测），热轧钢组织中还有一定含量的贝氏体。

图1-2是双相钢的金相示意图，DP钢由铁素体和导状马氏体构成，铁素体一般是连续的，为材料提供了良好的塑性。当材料变形时，主要是铁素体围着马氏体变形，使这种材料具有高应变强化性能。

图1-2 双相钢金相示意图（铁素体+岛状马氏体）

与同样屈服应力的普通钢相比，DP钢的应变强化性能和高延伸率使材料具备更高的强度。图1-3是HSLA和DP钢的工程应力应变曲线的对比。与HSLA钢相比，DP钢有较大的小应变强化能力，高抗拉强度，低屈强比

图1-3 DP350/600比HSLA 350/450有更高的屈服强度

与传统钢相比的另一优势是DP钢和其它AHSS钢具备烘烤强化特性。热烘烤强化特性，

是指经过机械强化的板料，在烤漆温度条件下，材料的屈服强度有所增加。AHSS的热烘烤强化特性的强度，取决于材料的化学成分，以及钢板受到的热处理过程。其它关于热烘烤强化特性见2.3.1.7节。

在DP钢中，碳使在实际冷却速度下，使铁素体向马氏体转化，增加钢的强度。锰、铬、钼、钒、镍等元素，单独或联合作用，增加材料的硬化能力。碳、硅、磷等作为一个固溶强化物，增加了铁素体向马氏体的转化。这些条件需要良好的平衡，才能达到良好的电阻焊接性能，并具备独特的力学特性。但是，当更高强度等级的钢，如DP 700/1000),要根据实际焊接条件进行调整，才能得到比较好的焊接性能。

1.2.2 TRIP钢

TRIP钢的在铁素体晶格中含有残余奥氏体，除了含量最少为5%的残余奥氏体外，还含有一些硬相，如马氏体、贝氏体。TRIP钢一般需要在某个温度上保温一段时间，以产生一定贝氏体。TRIP钢中碳硅含量比较大，也使结构中残余奥氏体的比例增加。TRIP钢的金相示意图见图1-4所示。

图1-4 Trip钢金相示意图

同DP钢一样，在变形中硬相围绕软相的变形模式，使材料具备高应变强化特性。与DP钢不同的是，在应变增加时，材料中的残余奥氏体逐渐向马氏体转化，在高应变时，还会使材料进一步硬化。在图1-5中表示了这种现象，图中有HSLA、DP、TRIP钢的应力应变曲线。TRIP钢的初始应变强化特性比DP钢稍低，而在DP钢大应变强化能力消失时，TRIP钢还能继续强化。

图1-5 TRIP 350/600比DP350/600，HSLA350/450有更高的延伸率

与传统HSS相比，TRIP钢的应变强化能力强，使材料有更强的延展性能。设计者常利用材料的应变强化特性来使零件达到特定的力学性能，因此，应变强化特性（包括烘烤硬化特性）性能比较重要。在高应变时还具有应变强化性能，使TRIP钢在极端的拉延条件下比DP钢具有一定优势。

TRIP钢的含碳量比DP钢要高，即使在常温时，TRIP钢中也具有一定的残余奥氏体。硅、铝的含量高，加速铁素体和贝氏体的形成。这些元素也使残余奥氏体中具备一定碳的含量。在贝氏体转换到铁素体时减少碳的析出，对TRIP钢的性能非常重要。硅、铝常用于减少贝氏体中碳的析出。

调整碳的含量，可以改变发生残余奥氏体向马氏体的转化的应变水平。碳含量低，在刚变形时残余奥氏体就相马氏体转换，增加了应变强化能力和成形性。碳含量高，残余奥氏体比较稳定，只有发生的应变超过冲压成形中的应变时，才发生残余奥氏体向马氏体的转化。在高碳含量条件下，成形后的零件中还具有残余奥氏体，只有在进一步变形后，比如碰撞条件下，才发生残余奥氏体向马氏体的转化。

TRIP钢可用于加工复杂的车身零件，它具备的应变强化特性使材料在碰撞变形中吸收更多的能量。TRIP钢中所需要的一些合金，降低了材料的点焊特性。该问题可通过修改焊接循环来解决，比如，脉冲点焊或多步焊。

1.2.3 CP钢

CP钢是一种强度非常高的钢。CP钢结构中，具有马氏体，一定含量的奥氏体，分布在铁素体、贝氏体晶格内。通过长时间的结晶过程或采用Ti,Cb等微量元素，使材料晶体非常细。与DP钢相比，在同样800MPa以上的抗拉强度时，CP钢具有更高的屈服应力。CP钢具备高能量吸收能力和高残余变形能力。

1.2.4 MS钢

MS钢制造过程中，在热轧或热处理中的奥氏体在钢带退火、或在热处理冷却环节，几乎全部转化为马氏体。MS钢中的基体是马氏体，中间具有少量的铁素体或奥氏体。在多相钢中，MS钢具备最高的强度等级。在成形后热处理也可以得到马氏体组织。MS钢具备最高的强度等级，抗拉强度可达1700MPa左右。MS钢在淬火后进行热处理，可达到比较好的塑性，在极高的抗拉强度时也具备充足的成形性能。

在MS钢中，碳可增加马氏体的强度。锰、硅、铬、钼、硼、钒、镍也用于增加马氏体的强度。在CP钢制造过程中，钢板快速退火时，大多数奥氏体都转化为马氏体。CP钢也具备同样的冷却过程，MS钢的区别在于它中间的残余奥氏体很小，并且形成的组织更精细。

1.2.5 FB钢

由于局部延伸率比较高，FB钢也称为拉伸翻边钢，高扩孔钢。FB钢具有精细的铁素体和贝氏体。材料硬化主要是由于组织的细化，以及贝氏体的硬化所导致的。目前的FB钢一般为热轧钢。

FB钢与HSLA钢或DP钢相比，有比较强的边缘拉延性能，高扩孔系数。与同强度的HSLA相比，FB钢还具有高的应变强化系数和延伸率。FB钢具备良好的焊接性能，在拼焊板中广泛使用。这些钢具备高碰撞性能和良好的疲劳寿命。

1.2.6 TWIP钢

TWIP钢中马氏体的含量比较高，达17~24%，在常温下，TWIP钢全部变成奥氏体。这使晶格的主变形模式为孪生的。这使钢板的瞬态应变强化系数（n值）很高，应为组织结构变得越来越细。孪生的边缘同晶格边缘有同样的作用，使材料的强度增加。TWIP钢具有极

高的强度，并有极高的成形性能。在工程应变为0.3时n值能达到0.4，在应变为50%时还能保持该值。抗拉强度超过1000MPa

1.2.7 HF钢

使用热成形强化钢，在奥氏体温度范围（900-950 o C）下热成形，可以成形具有复杂几何形状的零件，避免回弹问题。

热成形工艺中，三种力学条件下的状态比较重要

椭球1：抗拉强度超过600Mpa的钢，一般要采用落料模

椭球2：对复杂几何零件的成形，需要大的延伸率（超过50%），低的强度才能成形。为了避免成形后零件表面氧化，一般加上铝、硅涂层。

椭球3：成形冷却后，零件材料的强度高于1300MPa，需要采用一些后续工艺，使零件最后成形（不需要再次成形，专用剖分或切边设备等）。

每个零件需要20~30秒，同一时间可冲压多个零件，这样，每个循环可生产2个或更多的零件。热成形硼钢一般用在安全或结构件上。

1.2.8 PFHT钢

PFHT钢在冲压后热处理，可达到高的强度。限制PFHT钢广泛使用的原因是难以得到准确的零件几何形状。采用PFHT钢的一种工艺方案是首先固定零件，然后加热（电炉或感应炉）零件，快速冷却。材料在低强度状态下成形（椭球1），在加热处理后达到高强度（椭球2）。

一种是对比较便宜的PFHT钢采用水淬工艺，可使钢的抗拉强度达到900~1400MPa。因为淬火时间很短，镀锌涂层在热处理后还能保存。为了满足零件尺寸要求，需要特别的化学成分，这需要和钢材供应商做紧密的联系。

一种是对合金热成形钢进行空冷淬火工艺，得到的钢具有良好的成形性能。这种钢材的焊接性能好，并适合液压成形。在保护气的热炉中加热，在保护气或自然状态下硬化。在材

料中添加碳、锰等或其它合金，如铬、钼、硼、钛等元素，可增加这种钢的硬化能力和温度稳定性。这种钢在硬化前、硬化中、硬化后状态下都容易焊接，并且容易采用常规方法涂层（常规电镀或高温电镀）。

1.2.9 新的AHSS钢种

为了满足汽车用钢的需要，钢铁工业中开发出不同种类的高强度钢，这些钢是为了减少密度、增加强度，增加延伸率等。例如，纳米钢主要是为了避免DP、TRIP材料低边缘延伸率而开发的。在铁素体晶格中不是采用的岛状马氏体，而是特别细的纳米微粒（<10Nm），这抗拉强度为750MPa的这种热轧钢已经开发成功。这种钢具备良好的延伸率或局部延伸率（扩孔系数）。其它开发的钢种是有超精细的组织结构、低密度、高弹性模量的钢。

1.3 HSS钢和低强度钢组织

1.3.1 软钢

软钢主要微观组织是铁素体。如深拉延钢（DQ）,铝镇静深拉延钢（AKDQ），这些钢在产品中大量使用。

1.3.2 IF钢

IF钢含有很少量的碳，强度低，高硬化系数。IF钢比软钢具有更高的延展性。IF钢强化的原因包括：产生固溶强化物、析出碳化物和氮化物、细化组织，或添加磷元素等（一种固溶强化物）。高强度等级的钢在结构或容器中广泛使用。

1.3.3 BH钢

BH钢基本组织是铁素体，强化机制是固溶强化。这种钢的特别性质来源于独特的化学成分和加工工艺。在钢铁成形的固溶强化物中碳含量不变，在成形后零件烤漆时，这些固溶强化物中的碳析出，增加成形件的强度。

1.3.4 各向同性钢（IS ）

IS 钢的主要组织是铁素体。这种钢的各向异性参数0=?r ，在拉延中出现凸耳的倾向很小。

1.3.5 CM 钢

高强度CM 钢的强化机制是靠固溶强化。

1.3.6 HSLA 钢

HSLA 钢的强化机制是采用合金微量元素来增加碳的析出和组织结构的细化。

第2章成形

2.1 概述

AHSS钢的成形与常规HSS的成形并没有大的区别。这些年来，HSLA钢的强度级别逐渐增加，在这些钢的成形中积累了很多知识和经验，这些经验可用于AHSS钢的成形。为了满足汽车提高碰撞安全性的同时减轻车身重量的需要，在传统HSS的基础上开发出了一些新的钢种，就是AHSS钢。

为了满足汽车用钢的需求，开发的高强度钢壳分为两类。第一类与现有的HSLA钢相比，有更高的成形性和能量吸收能力。这类钢包括DP、TRIP钢等，这些钢的硬化系数都比较大。第二类钢与现有的HSLA钢相比，有更高的强度。这类钢包括CP、MS钢等。这些钢最初只用于底盘零件、悬架零件、车身骨架等，现在还用于车门或其它车门零件等。在图1-1B中的其它钢，都是为了满足某项特别要求而开发的，包括边缘翻边能力（如FB钢）、成形后材料的硬化（如PFHT钢）、以及减少零件的回弹（如HF钢）等。

AHSS钢的成形并没有带来新的回弹问题，但使目前存在的问题更加严重。这些问题包括模具上受到更大的力，需要更大的设备，回弹的控制与补偿问题更加突出。并且，由于压边力不充分，厚度减薄，AHSS更容易起皱。

为了使本文在全世界内都可使用，对钢板采用了复合定义方法，定义为：钢种+屈服极限（MPa）+抗拉强度（MPa）。例如，DP500/800表示双相钢，最小屈服应力500MPa，最小抗拉强度为800MPa。从这种定义方法中可以分析材料硬化强度量。

为了满足成形的需要，需要掌握钢板的准确力学参数，这不仅需要钢材提供者与钢材使用者具备相关的知识，而且需要两者的沟通。一个例子是延伸率与局部延伸率。延伸率一般是在一个大面积成形中，材料的拉延能力。局部延伸率指在一个小区域的拉延能力，如括孔，拉伸翻边或切边边缘的拉延等。通过钢板微观组织的改变，得到的DP、TRIP钢，具备高的硬化系数，高延伸率，高的能量吸收能力，高的延伸率会减少局部延伸率等。

AHSS成形知识的重点放在了解冲压零件对材料的特别要求，分析冲压零件的极端变形模式，介绍材料的力学属性。除此之外，AHSS钢成形还需要更大的成形力、动力、润滑、工艺设计和维护。

总之，本指南成形部分主要介绍力学性能、成形极限、传统成形模式、回弹、冲头力等。现在DP钢具备更多的知识，因为DP钢已经在车身上工业应用了一段时间。TRIP钢方面积累了很少经验，现在是从研究向工业应用转化阶段。

2.2 成形仿真技术的发展

多年前大学、研究所中开展薄板冲压成形的研究，并且在工业中使用软件评价薄板冲压成形性能已经有十多年。现在的成形分析软件只是虚拟制造的一个环节，虚拟制造还包括焊接、铸造、装配等。

薄板冲压成形仿真，准确地说是冲压工序模拟或虚拟试模。最新的仿真软件，可以对模具公司的每个实际工艺过程进行仿真。

试验证明，这些软件在预测传统板料的变形、应变、变薄率、成形难度、起皱、失稳等

方面非常准确，对回弹预测方面也可提供一些帮助信息。回弹的预测精度与具体零件、输入信息和使用人员的经验等有较大关系。

一般软件中，对材料的硬化曲线，采用的简单的指数型应力应变曲线，把应变强化系数n作为常数。对AHSS钢，应变强化系数n应该是应变的函数。商业软件中只需要提供真实应力应变曲线，不需要提供本构方程。在一些独家采用或大学中开发的软件中，还需要提供本构方程，采用这些软件对AHSS进行评价时，可能会带来一些误差。

AHSS钢的使用者需要进一步成形仿真技术。现在的一些软件可全程评价AHSS的冲压性能，分析采用AHSS钢与采用传统钢材的成形性的区别，评价工艺的修改的优劣，优化成形工艺。

高强度钢冲压成形的一些仿真环节如图2-1所示。在产品设计阶段，首先是评级该材料是否可制造。只有零件的CAD模型和材料，用一步法或反分析法可快速分析截面上的应变、变薄率、边缘线、成形问题、零件毛坯形状等关键问题。

图2-1 AHSS成形工艺仿真过程

在制造工序选择、确定模具设计参数阶段，软件可分析各种输入条件下的输出结果，显示那些地方出现起皱，得到压力行程曲线。提供板料冲压成零件的整个环节。最后的成形缺陷可反向追述到出问题的环节。一些软件能够模拟多步成形的仿真。如级进模、模具的转移、串联冲压等。还可分析冲裁、其它移除材料的工序对回弹的影响。

高强度钢零件在使用中需要承受很大的载荷，需要进行碰撞分析。成形分析结果在结构分析中有特别的应用。以前，模型中不考虑冲压后材料变薄、硬化和残余应力，只采用设计的厚度和初始的材料参数。常出现最初的分析结果与实验结果不符，因为初始分析中零件的真实情况没有分析。现在可考虑材料的厚度、强度接近真实情况，提供了结构分析仿真的精度，在制造真实模具前可分析零件中存在的问题，从而虚拟修改零件的模具、工艺过程甚至还可重新设计零件。

2.3 薄板成形

2.3.1 力学性能

通过对材料微观组织的修改，可得到多种AHSS钢，这使得钢厂能够提供多种性能的钢，满足汽车工业的需求。

AHSS与传统的HSS的比较很复杂。在同样的抗拉强度下，有多种AHSS钢。例如，TRIP 450/800, DP 500/800和CP 700/800这些钢具有几乎相同的最低抗拉强度，但屈服应力不相同，整体延伸率分别为29%，17%和15%。一些AHSS在钢材出来后，材料力学性能就确定了。但TRIP钢在变形过程中残余奥氏体变化为马氏体。这些转化率随变形量、变形速度、温度、以及各零件的几何形状、模具、以及压机等相关。对HF、PFHT钢等，在成形后的后续工艺中材料才得到最终的力学性能。

相比，本节提供的AHSS的力学性能参数覆盖了其力学性能的趋势，以及这些趋势与传统的HSS力学性能不同的原因。准确地力学性能参数，需要在确定钢种、厚度后，与钢厂联系。现在还缺乏一些新的钢种TWIP、FB、Nano的数据，只作简单介绍。

屈服应力与整体延伸率的关系

AHSS中的屈服强度覆盖的范围比较大。拉延能力与标准拉伸试验中获取的延伸率相关。图2-2时AHSS与传统的HSS相比，屈服强度和整体延伸率的关系。

图2-1 屈服强度与整体延伸率的关系（标距：50.8mm）

注意到同屈服强度的DP、CP、TRIP钢一般比HSLA钢具有更高的延伸率。

许多AHSS没有明显的屈服应力，DP钢的某些高等级钢和TRIP钢有一些YPE，但都小于1%。而对HSLA等级钢，YPE可超过5%。

2.3.1.2抗拉强度与延伸率的关系

抗拉强度与整体延伸率的关系见图2-3

图2-3 抗拉强度与整体延伸率的关系

根据零件的抗拉强度来定购材料时，TRIP、CP、DP比同等级的HSLA钢具有更高的整体延伸率。新开发的材料如TWIP, FB, HF, PFHT等钢的延伸率见第1章，图1-1B所示。

2.3.1.3 强化系数n

材料的拉延性能与材料硬化系数n值有很大关系。图2-4中显示了n值与拉延能力的关系。

图2-4 FLC与n值的关系

系数n值是决定FLC的主要参数，n值越大，FLC越高。系数n值，在不同应力等级中应变更加均匀。n值越高，变形中应变会更加均匀。图2-4中高的n值与低的n值相比，零件的允许拉延深度更大，或者说，在同一拉伸深度的安全裕度要大。传统的HSS钢屈服应力增加时n值降低，限制了这些钢的使用。

图2-5 传统HSS钢屈服应力与n值的关系（n值在10%-20%应变内测量）

仅仅比较DP钢和HSLA钢的n值是不够的，下面的实验曲线说明了其原因。HSLA 和DP钢，按标准的试验方法，在应变5%到15%范围内，都为0.14。开始没有体现该差别，这不能解释DP钢具有更好的拉延性能。在一个给定强度上，不同的DP钢的n 值在一定的范围之内。

与HSLA 350/450钢在整个应变范围内具有相同的n值，DP350/600在低的应变时具有高的n值，随着应变增加，岛状马氏体逐渐减少，n值会减少。为了描述这种效应，需要确定n值与应变的关系。

HSLA 350/450和DP 350/600瞬态n值的曲线见图2-6所示。在应变小于7%时，DP钢的n值要大一些。高的n值，限制了材料的应变集中和出现最大的应变。减少零件上的应变等级，也就极少出现局部变薄的机率。

减少材料变薄的零件如图2-7所示。采用DP 350/600替代HSLA 350/450时，使最大减薄量从25%到了20%。

图2-6 工程应变与n值的关系

图2-7 某零件上应变的分布

与DP钢在较大应变时n值变小，TRIP钢不断产生岛状马氏体，使n值在大应变时还能稳定。TRIP钢的n值见图2-8所示。

图2-8TRIP、DP、HSLA瞬态n值与工程应变的关系

TRIP钢n值比HSLA钢n值大，使其延伸率增加，如图2-2，2-3所示。在大应变时n值比较大，限制了应变集中的发生，增大了成形极限曲线的高度。

TWIP钢因为其组织孪变模式，材料n值在38%的应变时增加到0.4，并稳定到应变52%以上。而HF钢只有达到成形温度时的成形性才比较好。

2.3.1.4 应力应变曲线

应力应变曲线能够很直观的比较不同钢种或同一钢种不同级别的力学性能。工程应变应力曲线由其初始的标距、初始截面积得到。这些曲线中直接可看到屈服点延伸率、