汽車用高強(qiáng)度鋼板發(fā)展趨勢-圖文

1、高強(qiáng)度鋼板發(fā)展趨勢一百多年來，鋼鐵一直是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)，雖然汽車制造中塑料和鋁鎂合金的用量不斷增加，但鋼鐵材料仍是汽車用材的主體。選擇低厚度的高強(qiáng)度鋼板取代傳統(tǒng)的低強(qiáng)度鋼板是汽車輕量化的一個(gè)有效的方法。與鋁、鎂合金和復(fù)合材料相比較，高強(qiáng)度鋼板的原材料和制造成本較低，使其在汽車新材料的應(yīng)用中更加具有競爭力。1. 高強(qiáng)度鋼的定義、分類與特點(diǎn)1.1 定義與分類對于高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼，目前并沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義。有人認(rèn)為抗拉強(qiáng)度超過340MPa的稱為高強(qiáng)度鋼。瑞典將鋼板強(qiáng)度級別分為普通強(qiáng)度鋼(MS)、高強(qiáng)度鋼(HS)和超高強(qiáng)度鋼(EHS)。一般有兩個(gè)分類的依據(jù)：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。我們總結(jié)了目前對于高

2、強(qiáng)度鋼板分類的幾種方法和依據(jù)，如表5-7所示。表5-7高強(qiáng)度鋼板的分類方法分類依據(jù)低強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼超高強(qiáng)度鋼屈服強(qiáng)度210210s550550ULSAB-AVC提供抗拉強(qiáng)度270270b700700屈服強(qiáng)度220220/提供抗拉強(qiáng)度340340/注：在具體數(shù)值上也沒有必要進(jìn)行非常嚴(yán)格的量化，強(qiáng)度的界限僅僅作為一個(gè)參考。ULSABAVC聯(lián)合會(huì)認(rèn)為對鋼種分類的規(guī)范化非常重要，按習(xí)慣定義屈服強(qiáng)度(YS)和抗拉強(qiáng)度(TS)，將鋼種標(biāo)記為XX aaa/bbb。其中，XX為鋼種類型，aaa為最低屈服強(qiáng)度(MPa)，bbb為最低抗拉強(qiáng)度(MPa)。鋼種的標(biāo)志符號統(tǒng)一如下：傳統(tǒng)鋼種：低碳鋼、無間隙原子鋼、各向

3、同性鋼、烘烤硬化鋼、碳錳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼鋼種：雙相鋼、復(fù)相鋼、相變誘發(fā)塑性鋼、馬氏體鋼。例如，鋼種DP500800是指雙相鋼，其最低屈服強(qiáng)度為500MPa，最低抗拉強(qiáng)度為800MPa。按照ULSAB所采用的術(shù)語，將屈服強(qiáng)度為210550MPa的鋼定義為高強(qiáng)度鋼(HSS)，屈服強(qiáng)度為550MPa的鋼定義為超高強(qiáng)度錒(UHSS)，而先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS)的屈服強(qiáng)度覆蓋于HSS和UHSS之間的強(qiáng)度范圍。下圖給出了鋼板的分類情況及其屈服強(qiáng)度和延伸率的對應(yīng)關(guān)系。IF 無間隙原子鋼LC 低碳鋼BH 烘烤硬化鋼HSLA 剛強(qiáng)低合金鋼DP 雙相鋼FB 鐵素體-貝氏體鋼TRIP相變誘導(dǎo)發(fā)塑性鋼

4、MP 復(fù)相鋼MS 馬氏體鋼圖 5-1 鋼板的分類及其屈服強(qiáng)度和延伸率的對應(yīng)關(guān)系1.2 特點(diǎn)與其它汽車輕量化的候選材料鎂、鋁合金和復(fù)合材料相比，高強(qiáng)度鋼板具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、原材料價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)性好；2、性能優(yōu)越，能保證零件的剛性；3、可以直接利用現(xiàn)有的（沖壓）成形、焊接、涂裝和總裝生產(chǎn)線，大大節(jié)約了設(shè)備投資成本。與普通高強(qiáng)度鋼相比具有如下特點(diǎn)：1、成形性能好；2、高烘烤硬化性能；3、能量吸收率較高；4、高的疲勞強(qiáng)度和長的疲勞壽命；5、高的防撞和抗凹性能。盡管高強(qiáng)度鋼有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但其在其使用過程中也存在一定的瓶頸問題。一是由于屈服強(qiáng)度高，增加了塑性變形的不均勻性，沖壓成形性差，起皺、開裂、塑性變

5、形不足等缺陷更難解決；二是由于高強(qiáng)度鋼板屈服強(qiáng)度高，致使高強(qiáng)度鋼板的沖壓回彈量加大，使零件的成形精度更加難以控制。有效地解決這兩個(gè)瓶頸問題的方法：一是傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)、類比的試沖和試做的方法。二是基于沖壓仿真技術(shù)的高強(qiáng)度鋼板沖壓成形性改進(jìn)和成形精度控制方法，由于其快速反應(yīng)和低成本日益成為板成形領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。2. 高強(qiáng)度鋼板在汽車上的應(yīng)用目前，國外汽車公司在相當(dāng)比例的轎車零件上應(yīng)用了高強(qiáng)度鋼板，日本五家最大的汽車公司轎車零件高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用比例80年代為15%，90年代超過30%，在本世紀(jì)初新開發(fā)的車型高強(qiáng)度鋼板使用比例最高達(dá)52%。圖5-2為歐洲和日本某汽車公司19802000年高強(qiáng)度鋼在白車

6、身中的應(yīng)用比例。由圖可以看出，兩家公司所采用的高強(qiáng)度鋼均呈現(xiàn)逐年上升的變化趨勢。1994年，由世界主要鋼板制造廠家支持的ULSABAVC (Ultra Light Steel Auto BodyAdvance Vehicle Concept)項(xiàng)目啟動(dòng)，該項(xiàng)目是從整體上研究和開發(fā)新一代鋼鐵材料的汽車結(jié)構(gòu)車身。其更是把整個(gè)車身90%的沖壓件使用高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度鋼板作為目標(biāo)，通過使用高強(qiáng)鋼(HSS)和先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)，向人們展示了降低汽車重量的巨大潛力。ULSAB項(xiàng)目除了研究高強(qiáng)度鋼板在汽車上的應(yīng)用外還研究了新的制造技術(shù)（如激光拼焊技術(shù)等），以便在汽車制造中靈活地使用高強(qiáng)度鋼。下圖為ULS

7、ABAVC項(xiàng)目組統(tǒng)計(jì)出的未來汽車材料的組成結(jié)構(gòu)。圖 5-2 高強(qiáng)度鋼在白車身中的比例a)按屈服強(qiáng)度級別 b)按鋼種圖5-3 未來汽車材料的組成在日本，車身零件實(shí)際應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板始于20世紀(jì)70年代。二次石油危機(jī)后，高強(qiáng)度鋼板的使用率越來越高。最早應(yīng)用于車身外表件，然后才用到內(nèi)部零件和結(jié)構(gòu)件。目前，日本懸架結(jié)構(gòu)件和支撐件的抗拉強(qiáng)度已達(dá)8001000MPa?？估瓘?qiáng)度410MPa的高強(qiáng)度鋼板多用于內(nèi)部件。日本NKK公司開發(fā)了汽車外殼用45kg級高強(qiáng)度鋼板，已在新車型上采用。該鋼種是通過鋼結(jié)晶微細(xì)化獲得高強(qiáng)度的。日本川崎制鋼公司最近開發(fā)了TS980MPa級高強(qiáng)度鋼板CHLY980。該公司對提高延伸率的

8、金相組織進(jìn)行了研究，通過優(yōu)化鋼的成分、熱軋和退火工藝，生產(chǎn)出硬質(zhì)低溫相變組織為第二相、鐵素體為主相的復(fù)合組織鋼板目前已應(yīng)用于擋泥板、沖擊梁等高安全性要求的零件。日本神戶制鋼公司開發(fā)了雙相組織的590780MPa級合金化熱鍍鋅鋼板和590MPa級殘余奧氏體鋼板。在歐洲，高強(qiáng)度鋼板也得到廣泛的應(yīng)用。德國的歐寶（Opel）、大眾（Volkswagen）、寶馬（BMW），法國的標(biāo)致（Peugeot）等汽車廠家的產(chǎn)品都不同程度用上了高強(qiáng)度鋼板。圖5-4 某款VOLVO的材料構(gòu)成示意圖上圖為歐寶某型汽車的高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用情況。圍繞高強(qiáng)度鋼板的研發(fā)也在不斷地進(jìn)行中，瑞典SSAB鋼板有限公司開發(fā)出鐵素體+馬氏體

9、組織的特高強(qiáng)度冷軋薄鋼板，其屈服強(qiáng)度達(dá)到700MPa。目前，北美汽車工業(yè)和鋼鐵產(chǎn)業(yè)正在積極推進(jìn)高強(qiáng)度鋼(HSS)和超高強(qiáng)度鋼(UHSS)的研究與應(yīng)用。并在ULSAB的基礎(chǔ)上，積極推進(jìn)ULSABAVC計(jì)劃，成為與鋁、鎂輕金屬合金分庭抗禮的一大亮點(diǎn)。近幾年在PNGV計(jì)劃的驅(qū)動(dòng)下，高強(qiáng)度鋼在北美汽車用材中得到迅速發(fā)展。高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用已由1997年6的比例上升到2002年的45。預(yù)計(jì)在今后幾年中將會(huì)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。北美汽車零部件應(yīng)用鋼的趨勢情況見表5-8。表5-8 汽車零部件鋼的應(yīng)用趨勢零件種類鋼的分類外護(hù)板類高強(qiáng)度烘烤硬化鋼(BHHSS)、雙向烘烤硬化鋼(BHDP)內(nèi)護(hù)板類烘烤硬化鋼(BH)結(jié)構(gòu)

10、類高強(qiáng)度烘烤硬化鋼(BHHSS、雙向鋼500/600、雙向鋼780/800、雙向鋼900/1000、相變誘發(fā)塑性鋼600-800、復(fù)相鋼800-1000隨著國外轎車車身零件上的高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用日益增加，國內(nèi)轎車車身零件應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板也呈現(xiàn)上升趨勢。為了適應(yīng)這種趨勢，近年來寶鋼自主開發(fā)了一批高強(qiáng)度鋼板，三期工程又引進(jìn)了一批高強(qiáng)度鋼板品種，除DP鋼、TRIP鋼等，品種已相對比較齊全。在上海大眾POLO、一汽海南普利馬、風(fēng)神、長安鈴木以及天津豐田的一些零件也在應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板。從這些車型的情況看，高強(qiáng)度鋼板應(yīng)在外覆蓋件和內(nèi)板件的梁、立柱、加強(qiáng)件等零部件上。根據(jù)目前國內(nèi)外的汽車高強(qiáng)鋼板的現(xiàn)狀，總結(jié)各類高強(qiáng)

11、度鋼板在汽車上的應(yīng)用趨勢大致如表5-9所示。表5-9 高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用趨勢類型使用位置相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）鋼保險(xiǎn)杠加強(qiáng)筋、車門防撞梁、立柱加強(qiáng)板，前頂梁等烘烤硬化鋼頂蓋、前翼子板、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板、行李箱蓋內(nèi)板、后翼子板等加磷高強(qiáng)度鋼車身覆蓋件、前翼子板等HSLA沉淀強(qiáng)化鋼輪輻、輪輞等DP鋼保險(xiǎn)杠、車輪，車底十字構(gòu)件，防撞加強(qiáng)構(gòu)件，車門外板，前翼構(gòu)件，后側(cè)外部構(gòu)件，懸掛構(gòu)件，車頂橫梁，側(cè)圍加強(qiáng)構(gòu)件，立柱等為滿足減輕車體重量和提高沖撞安全性能的需要，擴(kuò)大高強(qiáng)度鋼板的使用無疑是最佳的方法之一。由于先進(jìn)高強(qiáng)度鋼在強(qiáng)度、抗腐蝕具有一定的相對優(yōu)越性能，隨著先進(jìn)高強(qiáng)度鋼應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其必將有利于進(jìn)一步提高汽車的安全性、環(huán)保性及節(jié)能性。因此，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼將會(huì)在部分汽車零部件上應(yīng)用有著比鋁、鎂合金更大的優(yōu)勢等。材料工作的方向也將圍繞“更安全、更節(jié)能、更環(huán)?！钡脑燔?yán)砟钫归_。高強(qiáng)度鋼板使用將對提高整車安全性能、降低能耗和排放等方面都將有重要的意義。此外，隨