前言

无论是第一代汽车钢中的TRIP钢，还是第三代汽车钢中的QP钢，其设计思路都是类似的：那就是通过碳的配分，实现奥氏体富碳，从而稳定奥氏体。然后，利用室温下奥氏体的TIRP效应获得相对高塑性。

碳配分方案的局限性

依靠碳的配分，需要钢中含有较高的碳含量才能获得大量的亚稳奥氏体。但是如果将钢中的碳含量调高到0.4%以上的水平，又会显著恶化钢的焊接性能。所以，单纯依靠碳配分来进行奥氏体亚稳相调控存在很大的局限性。

因此，普通的TRIP钢和QP钢中的奥氏体含量一般不会大于15%，无法将亚稳相的含量调控到较高的水平。

中锰钢的设计思路

中锰钢采用了复合配分与亚稳控制的思路来获得高强高塑汽车钢，利用逆相变原理，碳、锰复合配分控制亚稳态奥氏体含量。

通过中锰合金化，利用C和Mn在逆相变过程中的复合配分到奥氏体中，形成体心立方（BCC）的铁素体组织与面心立方（FCC）残余奥氏体的复合组织，其中铁素体基体与残余奥氏体均是亚微米的晶粒尺寸，亚稳态残余奥氏体的含量可以大幅提高至20%-40%。

中锰钢的研发进展

目前，国内外大学院校、科研机构及大型钢厂等均对以中锰钢为代表的第三代汽车用钢的成分、组织、性能以及生产工艺进行了深入的理论和实验分析，并取得了一定的研究成果。

中锰钢的成分设计方向

及锰元素的特殊作用

实验研究的中锰钢的成分设计为C的质量分数为0.1%-0.6%，Mn的质量分数为4%-12%。为提高逆相变退火时残余奥氏体的稳定性，部分研究人员在中锰钢中加入了Si、Al，二者的质量分数基本控制在1.5%-3.0%范围内。此外，少数研究中添加了Mo和微合金化元素V，旨在提高晶界强度和细化基体晶粒尺寸。

研究发现，在中、低碳范围内，新型汽车用中锰钢的强塑积主要取决于钢中的锰含量，其随锰含量的增加而显著增大。而且，制定合理的加工、退火工艺能使中锰钢中获得大量稳定的残余奥氏体。

中锰钢的工艺路径

及试验数据

见诸报道的中锰钢的实验流程为：浇铸-均匀化-锻造-逆相变退火和浇铸-均匀化-锻造-均匀化-热轧-冷轧-逆相变退火。

对于Fe-0.2C-（5-7）Mn钢，其均匀化温度一般控制在1250℃左右，保温时间一般2h，目的是缓解Mn、C元素的宏观偏析，提高组织和成分的均匀性。中锰钢的热锻温度一般控制在1200-850℃之间，锻后的试样在750℃保温30min进行奥氏体均匀化处理，然后淬火。逆相变退火控制在两相区，退火时间为1min-12h不等，最后空冷获得以亚稳态的奥氏体和铁素体为主的双相组织。

钢中锰的质量分数处于中、低范围（4%-8%）时，逆相变处理后基体中残余奥氏体的体积分数一般小于50%，且由于其堆垛层错能较低，使其在形变时不足以形成TWIP效应，塑性变形机制以TRIP为主。

目前研究的中锰钢的热轧初轧温度一般控制在1150-1125℃，终轧温度控制在800-930℃。这就意味着中锰钢热轧控温制度与常见钢种差异不大，即可采用常规热轧机对其进行热加工。逆相变退火处理是新型中锰钢的必备工艺，其退火温度在575-800℃之间，退火时间1min-168h不等。

中锰钢力学性能特点

采用不同成分中锰钢轧制—退火后对比发现，不同工艺处理后中锰钢的强度、塑性差异很大，强塑积在20-60GPa%范围内。

值得注意的是，当钢中锰的质量分数较高时（8%-12%），逆相变退火后残余奥氏体的体积分数一般超过50%，而强塑积也在50GPa%以上。

根据已有研究，残余奥氏体在形变时同时发生TRIP-TWIP效应是提高中锰钢拉伸性能的主要因素。

不同锰含量下的拉伸曲线

应用案例

2015年6月，宝钢成功开发出冷轧CR980MPa级、热镀锌GI 980MPa级和热镀锌GI 1180MPa级中锰钢。目前该钢种已用于“后地板左右连接板”零件的工业试制。

由于该钢种强度在980MPa以上的同时，塑性与低强度的先进高强钢相当，因而适用范围比一般超高强钢更为广泛，其应用前景包括汽车A柱、B柱、防撞梁和门槛加强件等众多车身结构件。

附：中锰钢的显微组织形貌