1 开发钢的产品设计思路
1.1成分设计
开发的材料主要是汽车底盘复杂形状部件专用的高成形性GA钢板，兼具抗拉强度、优异的成形性以及合金化热镀锌所保证的优异防锈性能。在冲压成形中，除了延伸率（El），扩孔率（λ）作为延伸凸缘性的指标也很重要。
为兼顾抗拉强度和成形性之间的平衡，增加以C、Si为代表的合金元素添加量是有效的。然而，对于GA钢板，合金元素添加量的增加会导致钢板-锌界面处镀锌的润湿性降低，以及合金化处理时镀层反应性下降，难以确保均匀的镀层。此外，合金元素添加量的增加会导致汽车零部件广泛应用的点焊中，合适的焊接条件范围缩小、接头强度降低，还会因熔融金属脆化（以下简称“LME”）裂纹导致焊接接头强度下降。
因此，在开发钢中，将以下合金元素的添加量控制在最小必要限度，通过优化组织控制来提高性能：
1）增加C添加量以增加残余奥氏体量（兼顾抗拉强度和成形性之间的平衡）；
2）利用Si添加对铁碳化物形成抑制效果，最大程度发挥C对性能的提升效果。
1.2组织设计
图1展示了神户制钢GA钢板典型的抗拉强度和延伸率性能。长期以来，为了实现兼具抗拉强度、优异成形性和实用性能的钢板，业内已经开发了各种组织控制策略。在开发钢中，除了DP钢板中的“①硬质组织与软质组织的复合组织”以及高成形性冷轧钢板中的“②利用残余奥氏体”等组织控制技术外，作为进一步提高性能的策略，还探讨了利用新退火设备的“③上贝氏体-下贝氏体复合组织”，并确定了以下组织控制方法：
1）通过硬质组织（马氏体）提高抗拉强度，同时通过软质组织（铁素体）提高均匀变形能力；
2）利用残余奥氏体提高均匀变形能力，并通过组织细化抑制局部变形能力的下降；
3）上贝氏体-下贝氏体复合组织可进一步扩大软质组织的利用，降低组织间的硬度差（提高均匀变形能力和局部变形能力）。
开发钢中，残余奥氏体的相变诱导塑性（以下简称“TRIP”）效应和软质组织使其具有优异的均匀变形能力。不过，由于硬质组织和软质组织存在硬度差，成形时变形量不均匀，导致局部变形能力下降。特别是残余奥氏体在发生TRIP效应时，会转变为非常硬的马氏体组织，与相对较软且在成形时优先变形的相邻组织的界面成为裂纹萌生的起点。在开发钢中，为避免以λ为代表的局部变形能力劣化，通过使残余奥氏体细微分散，缓解相邻组织的变形集中，从而抑制裂纹萌生。
图2展示了980MPa级、1180MPa级开发钢以及传统DP钢板的微观组织。980MPa级开发钢的复合组织由软质组织（铁素体、粒状贝氏体、上贝氏体）和硬质组织（马氏体、下贝氏体）组成，并在其中细微分散着残余奥氏体。而1180MPa级开发钢为确保更高强度，不含铁素体，在由粒状贝氏体、上贝氏体和下贝氏体、马氏体组成的母相中，细微分散着残余奥氏体。
2 开发钢的主要特性
2.1成形性
表1展示了980MPa级、1180MPa级开发钢以及作为对比的同等强度传统DP钢板的典型力学性能。通过上述组织控制，开发钢实现了非常优异的TS、El和λ性能平衡。开发钢的El是同等强度传统钢的近1.5倍，例如，1180MPa级开发钢的El与强度等级较低的980MPa级传统钢相当，推测其具有优异的均匀变形能力。此外，通过适当控制退火条件，在镀层质量方面，实现了良好的抗粉化性和耐腐蚀性，以及均匀的镀层特性。
延伸凸缘性通过JIS Z 2256标准规定的扩孔试验进行评估。图3展示了980MPa级、1180MPa级开发钢以及传统钢的λ值。开发钢的λ值与传统钢相当，这表明通过上述组织控制避免局部变形能力劣化，有助于维持延伸凸缘性。
弯曲性能的评估按照JIS Z 2248标准规定的弯曲试验方法进行。具体操作时，将试样弯曲至模具中，使边缘线与轧制方向保持平行，在尖端弯曲半径（R）为0.0-5.0mm的情况下进行90°压弯，评估钢板表面不产生裂纹的最小弯曲半径（R）。图4展示了980MPa级、1180MPa级开发钢以及传统钢在90° V形弯曲试验中，最小弯曲半径（R）与板厚（t）的比值。可以看出，980MPa级和1180MPa级开发钢在比传统钢更小的弯曲半径（R）下都未出现裂纹，具有优异的弯曲性能。推测这是由于软质组织和残余奥氏体的利用提高了均匀变形能力，同时残余奥氏体的细微分散抑制了作为起点的裂纹萌生。
图5展示了开发钢以及作为对比的980MPa级传统DP钢板的成形极限图。开发钢在不使用润滑剂的情况下测量断裂极限应变，而传统钢使用两张塑料薄板作为润滑剂测量断裂极限应变。一般认为，使用润滑剂可使成形时的应变分布均匀化，提高成形极限。然而980MPa级开发钢的断裂极限应变超过了980MPa级传统钢。1180MPa级开发钢的断裂极限应变与980MPa级传统钢相当，表明980MPa级和1180MPa级开发钢都具有优异的冲压成形能力。
由于开发钢具有比传统钢更高的成形极限，例如，用1180MPa级开发钢替换980MPa级传统钢，可实现碰撞安全性与部件轻量化的双赢，还能制造更复杂形状的部件。此外，开发钢优异的弯曲性能使其能够通过减小部件弯曲肩部的弯曲半径（R），提高部件刚性，从而提升碰撞安全性并实现部件的紧凑化，有助于车身结构设计的灵活性创新。基于上述特性，开发钢的适用部位包括各种需要复杂形状成形和部件一体化的立柱（下部），以及从乘客保护角度考虑需要确保刚度的侧门横梁、侧柱等。图6展示了在试制阶段，980MPa级开发钢和传统钢模拟前侧门横梁形状的成形试验结果。传统钢在伸出部分出现裂纹，而开发钢能够无裂纹成形，适用于对拉伸成形性要求苛刻的部件。
2.2点焊性能
近年来，随着汽车用钢板合金元素添加量的增加，点焊中因熔融金属侵入导致的LME裂纹成为问题。已知钢板对LME裂纹的敏感性会随着以Si为代表的合金元素添加量的增加而提高。为兼顾成形性和LME裂纹敏感性，神户制钢调查了合金元素对LME裂纹敏感性的影响，并将相关研究纳入成分设计。此外，在开发钢中，为兼顾高强度和优异的成形性，增加合金元素添加量不可避免。此时，由于焊接熔核变硬，担心会因熔核内的断裂导致焊接接头强度下降。扩大熔核直径对提高焊接接头强度有效，但在高电流通电时，熔核会迅速升温、膨胀，导致熔融金属飞溅，使熔核部分流出，难以稳定确保熔核直径。在应用开发钢时，为确保焊接接头强度的稳定，采用了2条改进措施：1）熔核形成后的后通电以改善熔核质量（抑制熔核内断裂）；2）低电流的预通电以抑制飞溅的产生（抑制快速升温）。
作为焊接接头强度的评估，对板厚1.6mm的开发钢进行焊接，评估其剪切拉伸强度（以下简称“TSS”）和十字拉伸强度（以下简称“CTS”）。图7和图8分别展示了开发钢的焊接接头特性，即焊接电流与TSS的关系以及与CTS的关系。在980MPa级和1180MPa级开发钢中，从满足JIS Z 3140 A级规定的熔核直径（5.4mm）的焊接电流到产生飞溅的电流之间，确保了约2.0kA的合适焊接条件范围。在合适的焊接条件下，开发钢焊接接头的TSS和CTS均满足JIS-A级的基准强度，确认能够稳定地形成良好的焊接接头。此外，通过对开发钢焊接接头的外观观察和断面观察，确认未发生LME裂纹。
3 结语
本文介绍了新开发的具有优异成形性的980MPa级和1180MPa级GA钢板的组织控制思路和主要特性。开发钢通过成分设计和以残余奥氏体为代表的组织控制，不仅具有良好的抗拉强度和成形性，还兼备镀层质量和焊接性能，神户制钢将其定位为高强度GA钢板中的高成形性品种。
未来，汽车行业面临着CO2减排、确保可回收性以及降低成本等要求，对材料的要求预计将更加严格。神户制钢将利用新开发的980MPa级和1180MPa级高成形性GA钢板，以及积累的技术和最新建成的退火设备，继续开展材料研发工作。
