輕量化材料：高鋁鋼

亮點：英國華威大學研究高鋁鋼，高強度，高韌性，低密度，低成本，未來可能用於汽車輕量化【1】。

鋼鐵成本比其他輕質材料低，但密度大。如果開發新的低密度高強鋼，則更輕更便宜，可以預見這會受到汽車業的歡迎。

英國華威大學的Rahnama研究員正嘗試高鋁鋼，強度高於1000MPa，同時韌性也高。另外，其密度低，6.5g/cm^3。但技術難點是鋁會導致硬質脆相K-carbide和金屬間化合物B2的形成，使得高鋁鋼延展性下降。兩種輕質鋼被測試：Fe-15Mn-10Al-0.8C-5Ni和Fe-15Mn-10Al-0.8C。通過模擬和實驗，研究員發現在合適的回溫下脆相是可控的。在900到1200度間，k-carbide脆相會消失，B2金屬間化合物變為盤狀的納米尺寸。這個新材料製造過程可以被鋼鐵廠補充進現有流程。

另一方面，鋼鐵廠也在開發自己的高強韌鋼。2014年ArcelorMittals的Fortiform系列鋼，1050，980和1180。另一個例子是納米鋼，其延展性超過20%，高於AHSS和UHSS。納米鋼的微觀尺寸小於100納米，導致奇異的機械性能。有兩種機制導致其納米結構：1，納米相細化，合金元素使得高溫下細化晶粒；2，動態納米相強化，在材料屈服後，因位錯作用材料顯示出高應變強化。

——————————————————————————————————————

AHSS簡介：為了汽車減重，汽車供應商一方面增加輕質材料的使用如鋁合金和複合材料，另一方面又增加先進超高強鋼（AHSS和UHSS）。AHSS指抗拉強度超過500MPa，UHSS是超過980MPa。他們必須強度高，延展性好，能吸收碰撞能量，主要用於白車身（BIW）組件。AHSS和UHSS種類多，但強度主要來自於馬氏體。第一代AHSS叫雙相鋼（DP），有鐵素體和馬氏體，兼顧強度和延展性。目前DP鋼強度為590-1400MPa，適合衝壓。復相鋼（CP）因包含貝氏體而擁有更高的延展性。相變誘發塑性鋼（TRIP）包含殘留奧氏體，在變形或溫變情況下殘餘奧氏轉變成馬氏體，分散張力，延展性更高。第二代孿生誘發塑性鋼（TWIP）在室溫下會100%成為奧氏體，錳含量高於15%，容易在變形時形成孿晶界而強化鋼鐵，延展性達到50%以及強度達到1000MPa。UHSS只能熱衝壓，1970年代在瑞典開發出來後，1984年第一次用在薩博汽車上。UHSS的製造過程如下：首先硼鋼加熱至900度奧氏體化，再在冷模具里衝壓，最後以每秒27度快速淬火，形成強度1500MPa以上的馬氏體。熱衝壓減少回彈，零件更複雜，但成本高（加熱模具的能量）。

——————————————————————————————————————

參考：

【1】The strength-ductility trade-off - Automotive Manufacturing Solutions