2.1 概述

钢是世界上最常用的金属材料。它具有强度高、成形性好和成本低等优点。自从汽车业诞生以来，钢就被应用于汽车的生产。

通常屈服强度为210~550MPa的钢被称为传统高强钢，屈服强度大于550MPa的钢则被称为先进高强钢。钢的发展可以分为三个阶段：20世纪初期开发了低碳钢（mild steel，MILD）；20世纪70年代开发了高强低合金钢（high strength low-alloy steel，HSLA）；21世纪90年代开发了第一代先进高强钢（advanced high strength steel，AHSS）。2010年，汽车中使用的钢材占轻型汽车质量的60%，每辆轿车中使用的钢约1084kg。大量研究人员通过优化钢的微观组织开发出了高强钢，钢的成分、微观组织、加工工艺和性能均发生了较大变化。图2-1所示为高强钢的发展历程。

图2-2所示为汽车发展史上所采用过的各种钢的抗拉强度-延伸率图。图中无间隙固溶原子钢（interstitial-free steel，IF）和低碳钢的强度低、硬度低、成形性能好，多用于生产汽车外板。图的中部是传统高强钢（conventional high strength steel，CHSS），包括高强无间隙固溶原子钢（interstitial-free high strength steel，IF-HS）、各向同性钢（isotropic steel，IS）、烘烤可硬化钢（bake hardenable steel，BH）和高强低合金钢。与传统钢相比，先进高强钢的强度更高、塑性更好。图的右端是先进高强钢（advanced high strength steel，AHSS），包括双相钢（Dual Phase Steel，DP）、马氏体钢（Martensitic Steel，MS）。这些钢具有很高的强度和优良的成形性能（马氏体钢除外），在汽车结构件上得到了应用。

图2-2中不同等级的钢会有重叠区域，这为汽车部件设计者提供了更多选择。例如，部件设计要求所用材料的最低抗拉强度为1000MPa，则有六种等级的钢供设计者选择。图2-3所示为不同等级和种类钢的抗拉强度-延伸率图。

随着对汽车燃油经济性和安全性能要求的不断提高，为了与其他材料竞争（如铝、镁和碳纤维材料），钢铁公司开发出了各种新型钢板。传统高强钢与先进高强钢的主要差别在于微观组织：传统高强钢是单相铁素体钢；而先进高强钢是双相或多相钢，包含铁素体、马氏体、贝氏体和残留奥氏体等。第一代先进高强钢是通过控制微观组织，而不是通过合金化来提高强度的。因此，其成本与传统高强钢相近。表2-1对比了不同类型钢的成本，其中奥氏体型不锈钢的成本相对较高，因为其含有较多的合金元素；而传统高强钢和第一代先进高强钢是低合金钢，因此其成本只略高于冷轧碳钢。