4.8.1　高强度黑色金属材料

材料的高强度化和汽车的轻（质）量化是既相联系又有区别的概念。材料的高强度化为汽车的轻量化提供了条件，但汽车的轻量化未必一定使用“高强度材料”，也可使用结构轻量化材料，如胞状结构材料（cellular material）。在某些语境中，“高强度材料”是特指强度指标达到一定限值的材料。按我国比较权威的定义，高强度薄钢板系指屈服强度σ0.2＝300～800MPa，屈服比为0.65～0.95的薄钢板^[173]，而本小节所言的高强度化是一个比较的概念，系指用比原用材料强度更高的材料取代它的过程，本节标题所称“高强度新材料”系指强度高于原用材料的新材料。

迄今，钢铁材料仍然保持着汽车用材的主导地位，但钢铁材料出现了高强度化的趋向。减重、降（成）本、提高安全性是汽车选择新材料的原动力^[174]，或曰基本原则，但这三原则间却存在对立与制约的关系，高强度钢兼善三者于一身，在1994年后得以长足发展，后来由北美推广至全球。1994—1998年，为了实现PNGV计划提出的轿车整备质量降低40%的要求，也为了应对轻质材料对钢材的挑战，18国的35家钢铁企业组成共同体，开展名为“超轻钢材车身”（ULSAB）的研究，发起了一场车身钢材革命，相继开发出高强度钢（HSS）、超高强度钢（UHSS）。1999—2002年，为了满足当时预期在2004年实施的碰撞要求和2004年广泛采用的制造工艺，又推行了“轻质高强度钢车身—先进的车辆概念（ULSAB-AVC）”计划，并将这一概念推广到整车设计，开发出以高强度和易加工为特色的先进的高强度钢（AHSS）。ULSAB-AVC汽车的车身100%采用各种高强度钢，其中80%是AHSS^[175]。许多钢铁公司加入了这些轻质高强度钢研发项目，宝钢、台湾中钢参加了ULSAB-AVC。2005年2月—2009年7月，欧委会推行了SuperLight-Car研发。高强度钢还被应用到汽车底盘、悬架、转向等系统。这些钢材和先进的制造工艺以及各种相关技术结合在一起，在满足ULSAB-AVC提出的安全性能要求的前提下，使汽车的结构更经济，自重更合理。

世界钢材协会在Advanced High Strength Steel（AHSS）Application Guidelines Version4.1（《先进的高强度钢（AHSS）应用指南4.1版》）中指出，汽车用钢的分类方法有多种。一般可分为低强度钢、一般HSS和AHSS。低强度钢包含无间隙原子钢、低碳钢，一般HSS包含碳锰钢、烘烤硬化钢、高强度无间隙原子钢、高强度低合金钢，AHSS包含双相钢、相变诱发塑性钢、复相钢和马氏体钢。还有一些辅助性用于汽车的高强度钢，如铁素体—贝氏体钢、孪晶诱发塑性钢、热轧钢、成形后热处理钢等。第二种分类法按钢的强度分类，屈服强度介于210～550MPa、抗拉强度介于270～700MPa的为HSS，屈服强度＞550MPa、抗拉强度＞700MPa的为AHSS。这种基于强度值分类的分类强度为一连续值，而成形性能可能不在连续的范围里。(https://www.daowen.com)

采用新配方，加入合金，运用不同的工艺和处理，AHSS的抗拉强度已达1500～1700MPa，使得钢厂可以根据不同的使用需求度身定制，这又使得钢厂可在延伸企业^[176]（extended enterprise）的模式下参与早期的汽车设计。与普通低合金钢相比，由于AHSS能将加工硬化潜能发挥到几近极致，因而显示出强度与成形性能的上佳综合。此外，AHSS还具有良好的剪切、冲孔、焊接、热切割、涂装等加工性能。目前，在汽车上使用的高强度钢主要为板材和型材，主要用于车身构件和变形制件。高强度钢在耐碰撞性、耐蚀性和性价比方面具有比较优势，一些采用铝、镁合金的零件，如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等又转而采用高强度钢^[177]，因为安全与节能比较起来，安全毕竟第一，何况高强度钢具有明显的成本优势。

铸铁在汽车中的使用比例虽然在下降，但轻质量、高强度铸铁在铸铁中的比例却在增加，用球铁代钢制造曲轴、连杆就是一例。密度较小的蠕墨铸铁（CGI）是替代灰口铸铁制造发动机缸体、缸盖和摩擦盘、制动鼓的理想材料，等温淬火球墨铸铁（ADI）可替代锻钢制造齿轮、曲轴、凸轮轴、箱体、支架等。