材料基本知識課件

材料基本知識(1)

目錄1-鋼板基本知識2-新材料、新工藝3-鋼板常見表面缺陷1-鋼板基本知識板材的分類和名稱板材是指各種形狀的半成品，如：薄板、中板、厚板、窄帶材、帶材等。按厚度分：厚板（4MM以上）、中板（3-4MM）、薄板（3MM以下）按軋制狀態(tài)分：熱軋鋼板、冷軋鋼板

鋼板的化學成分碳:是鋼中的一種最基本的元素，它提高鋼板的強度，特別是抗拉強度。硅:能提高冷軋鋼板的強度。錳:可防止鋼過氧化和冷軋鋼板邊部避免產(chǎn)生龜裂的有利作用。磷:具有良好的冷軋退火功能。但磷有冷脆性對焊接性能也有不利影響。硫:對沖壓有害無益的元素。鋁:防止鋼板時效、作為強脫氧劑、有利于深沖性能。鋼板基本知識（1）汽車用鋼板生產(chǎn)流程簡介（1）熱軋板：鐵礦石經(jīng)過熔化→鋼水，冷卻以后→鋼坯（50-70mm厚度）,經(jīng)過七個輥機熱軋→熱軋鋼卷→開卷橫切→熱軋板（2）酸洗板熱軋鋼卷→鹽酸酸洗→冷平整→酸洗鋼帶→開卷橫切→酸洗鋼板（3）冷軋板：熱軋鋼卷→激光焊卷→鹽酸槽酸洗、清洗→五機架冷連軋機→退火→冷平整機平整→表面檢查→開卷橫切（涂油）→冷軋鋼板。（4）鍍鋅板冷軋板，經(jīng)過堿洗、鈍化，然后入鋅鍋處理→鍍鋅板備注：得到的鍍鋅板分為兩個方向：A，直接出售B，流向彩色鍍鋅線做彩鍍鋅板鋼板基本知識（2）鋼板基本知識（3）鋼板常用的力學性能參數(shù)含義

力學性能：金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的各種特性，如彈性、塑性、韌性、強度、伸長率、ｒ值、ｎ值等。

1.彈性：金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形的能力(去掉外力后能恢復原狀的變形)。

2.塑性：金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形(去掉外力后不能恢復原狀的變形)，但不會被破壞的能力。3.韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷的能力，稱為韌性，通常用沖擊吸收功或沖擊韌性值來度量。4.屈服強度：金屬試樣在拉力試驗過程中，載荷不再增加，而試樣仍繼續(xù)發(fā)生變形的現(xiàn)象，稱為“屈服”。產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應力，即開始產(chǎn)生塑性變形時的應力，稱為屈服點，單位為MPa。一般的，材料達到屈服強度，就開始伴隨著永久的塑性變形，因此其是非常重要的指標。鋼板基本知識（4）

5.抗拉強度：金屬試樣在拉力試驗時，拉斷前所能承受的最大應力，單位為MPa。

6.伸長率：金屬在拉力試驗時，試樣拉斷后，其標距部分所增加的長度與原始標距長度的百分比，稱為伸長率。伸長率反映了材料塑性的大小，伸長率越大，材料的塑性越大。

7.塑性應變比r值：r值表示鋼板拉伸時，寬度方向與厚度方向應變比之比值。r值越大，表示鋼板越不易在厚度方向變形（越不容易開裂），深沖性越好。8.應變強化指數(shù)n：鋼材在拉伸中實際應力－應變曲線的斜率。其物理意義是，n值高，表示材料在成形加工過程中變形容易傳播到低變形區(qū)，而使應變分布較為均勻，減少局部變形集中現(xiàn)象，因此n值對拉延脹形非常重要。鋼板基本知識（5）車身常用鋼板分類及使用1.冷軋鋼板：（1）普通冷軋板寶鋼現(xiàn)用的DC系列（DC01、DC03、DC04、DC06等）是德系的牌號。相當比老標準的ST12，ST13，ST14，ST16。其中DC01、DC03屬于一般沖壓級，DC04屬于深沖級，DC06屬于超深沖級。寶鋼BLC,BLD,BUSD,BUFD,BSUFD是日系的牌號，與DC01到DC06基本對應。此外，根據(jù)表面質(zhì)量不同，還分為05板和03板。如：DC04O5、DC06O5。鋼板基本知識（6）03指的是表面允許有少量不影響成型性及涂、鍍附著力的缺陷，如輕微的劃傷、壓痕、麻點、輥印及氧化色等，一般用于車身內(nèi)部件，通常情況下不寫明03。O5是指產(chǎn)品兩面中較好的一面不得有任何欠缺，即不能影響涂裝后的外觀質(zhì)量或電鍍后的外觀質(zhì)量，另一面必須至少達到03的要求，一般用于外覆蓋件。鋼板基本知識（7）(2）加磷高強度鋼板一般的，強化鋼板的元素主要有C、Mn、Ti、Nb（鈮）、Al等，有害的元素主要是P和S。實際上P的強化作用非常明顯，僅次于C，但是數(shù)量要達到0.04％以上才能使強化作用超過有害的部分，體現(xiàn)出強化作用。加磷鋼正是基于這種原理制造的。主要有B170P1,B210P1,B250P1,B180P2(BP340),B220P2(BP380)。其中B代表baosteel，170，210，250等代表其最小的屈服強度（MPa），P代表加磷強化，P1中的1代表是超低碳，P2中的２表示低碳鋼。這類鋼主要用于車身中強度較高的零件。鋼板基本知識（8）（3）烘烤硬化鋼(BH鋼)烘烤硬化鋼是為提高鋼板的抗凹性、抗劃痕性和表面質(zhì)量而開發(fā)的高強度鋼板。該材料經(jīng)過涂裝烘烤后（170度左右），屈服強度會增加30－50MPa，其機理是高溫C、N（氮）原子擴散速度加快，位錯聚集而強化材料。由于烘烤硬化鋼的特殊性能，常將其用于表面覆蓋件，如門外板，頂蓋等。鋼板基本知識（9）（4）雙相鋼在C，Mn鋼中，成品以快速冷卻方式冷卻到Ms點，得到鐵素體＋馬氏體組織，馬氏體量為5～20％，馬氏體量越高，鋼板強度越高。目前可生產(chǎn)400～1200MPa抗拉強度的雙向鋼，其優(yōu)點是低屈強比，高n值，高烘烤硬化性，無屈服伸長等，在車身用鋼中占有舉足輕重的地位（用量在50％，如超輕車身用量高達74％）。寶鋼已有B240/390DP，B280/440DP，B340/590DP和B400/780DP。雙向鋼一般用于成形要求嚴格并具有高強度，高碰撞吸收能的汽車零件，如：車輪，保險杠，懸掛系統(tǒng)和加強件等。

（5）鍍鋅板鍍鋅板的主要作用就是有一定的防腐性能，但由于表面的鋅層，會給沖壓和焊接帶來一定的困難，有基體相當于St16的DC54D+Z(St，相當于St12的DC51D+Z。鍍鋅鋼板生產(chǎn)的汽車的腐蝕率、故障率僅為普通鋼板生產(chǎn)汽車故障率的1/3，汽車使用期的延長明顯。目前，中國轎車車身全部采用鍍鋅鋼板有：上海通用別克、上海大眾帕薩特、一汽大眾AudiA6等。鋼板基本知識（10）2.熱軋鋼板與冷軋板相比，熱軋板軋制工藝簡單，板料較厚，力學性能與普通冷軋板相當，如：SPHC相當于DC01，SPHE的性能介于DC03和DC04之間。SPHC與SPHE的力學性能相當，但SPHE的延伸率略好。SAPH370與SAPH440一般用于底盤件，370與440是抗拉強度值。備注：目前各汽車廠有以熱代冷的趨勢，當ST12料厚大于1.8時一般用ＳＰＨＣ鋼板基本知識（11）2-新材料、新工藝新材料－高強度鋼板（1）高強度鋼板分類傳統(tǒng)鋼種：低碳鋼、無間隙原子鋼（IF）高強度鋼：加磷高強鋼（B170p1、B210p1）、烘烤硬化鋼（B140H1、B180H1）、低合金高強度鋼（B340LA）先進高強度鋼鋼種：雙相鋼（DP600、DP800）、復相鋼、相變誘發(fā)塑性鋼、馬氏體鋼新材料、新工藝（1）（2）高強度鋼板優(yōu)點：與鋁、鎂等輕金屬相比：1-原材料價格低，經(jīng)濟性好；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）成型、焊接、涂裝和總裝生產(chǎn)線，大大節(jié)約了節(jié)約設備投資成本。4-利用先進的高強度鋼能獲得不同于普通高強度鋼的性能，例如更佳的可成形性、淬硬性、碰撞吸能性能等。例：2004年別克車用超高強度鋼制作后保險杠梁取代了鋁質(zhì)后保險杠梁，前者與后者的性能接近，但是成本卻大大降低。這個保險杠梁是美國制造的強度最高的保險杠梁之一，其拉伸強度高達1500Mpa。與傳統(tǒng)鋼板相比：5-具有“較高能量吸收率、高疲勞強度、長疲勞壽命、高防撞性、高抗凹性”等優(yōu)點。新材料、新工藝（2）（3）國內(nèi)高強度鋼板應用以奇瑞為首的自主品牌汽車，其高強度鋼的應用與國外還有一段差距，其中主要有五個原因：1.國內(nèi)高強度鋼的研發(fā)弱勢抑制了國內(nèi)汽車的高強度鋼板應用；2.國內(nèi)的模具水平阻礙了汽車先進高強度鋼的應用；3.主機廠的設計水平限制了國內(nèi)高強度鋼板的應用；4.自主品牌的成本壓力影響了國內(nèi)高強度鋼板的應用。5.國內(nèi)汽車逐漸健全的法規(guī)給汽車廠的壓力不夠大也影響了高強度鋼板的應用。奇瑞作為中國汽車行業(yè)的黑馬，在國內(nèi)高強度鋼的應用方面一直處于領先地位。從早期車型的20%左右增加到目前現(xiàn)生產(chǎn)車型的50%左右，在后期的新車型設計中用到了很多屈服強度340MPa以上的超高強度鋼板，致使后期車型的高強度鋼板達到70%以上。新材料、新工藝（3）新材料、新工藝（4）

新材料－汽車車身用鋁板（1）全鋁車身的優(yōu)勢：汽車輕量化，節(jié)能降耗，有利環(huán)保；回收再利用率高；安全舒適；減少工序，提高裝配效率；提高燃油效率，加大載重能力（2）汽車鋁板分類2000系列（Al-Cu-Mg）：高的強度、良好的焊接性能，耐腐蝕性能差5000系列（Al-Mg）：成形性好，但沖壓痕跡較大（桔皮）6000系列（Al-Mg-Si）：無沖壓痕跡（桔皮），BH性好，耐腐蝕性好，但成形性稍差。新材料、新工藝（5）新材料－鎂合金鎂合金材料是工業(yè)應用最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有以下優(yōu)點：(1)重量輕；(2)比強度高、剛性強：同等形狀下，鎂合金制品剛性為塑料的10倍以上；(3)耐沖撞，阻尼吸震性能極佳；(4)散熱性佳：其熱傳導系數(shù)為塑料的150倍以上；(5)符合環(huán)保：可實現(xiàn)完全回收再利用；(6)壓鑄成型性優(yōu)良：可壓鑄制造形狀復雜的零部件和厚度超薄的外殼件，最薄可達0.45mm厚；(7)尺寸穩(wěn)定性好，其它一些新發(fā)展的鎂合金遠可提供更大的抗蠕變強；(8)自動化生產(chǎn)能力和高的模具壽命。目前，材料部正在申請B12鎂合金儀表板與QR523、QR513等全鎂變速箱。新材料、新工藝（6）新工藝－激光拼焊（1）激光拼焊定義

激光拼焊板是將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成一塊整體板，以滿足零部件對材料性能的不同要求，也可以把相同材質(zhì)的等厚材料焊接到一起沖壓，以提高材料利用率。新材料、新工藝（7）（2）激光拼焊技術優(yōu)勢減少零件數(shù)量提高安全性降低成本提高產(chǎn)品精度減輕重量，降低油耗可獲得寬幅板，不受軋機寬度的限制無搭接接縫，大大提高裝配件的抗腐蝕性能，減少密封措施；增加設計的靈活性新材料、新工藝（8）新材料、新工藝（9）（3）激光拼焊技術優(yōu)勢圖示減輕重量減少部件提高性能減少搭接

降低材料損耗材料物流成本降低整車制造和裝配成本降低油耗

降低模具成本工夾具成本沖壓成本組裝成本材料成本物流成本累積公差部件數(shù)量

增強改善抗疲勞性能增強抗沖擊性能增強整車防撞性能充分發(fā)揮各部件的設計性能提高裝配一致性降低減少焊縫材料搭接提高焊縫強度改善焊縫成型性能增強焊縫的抗腐蝕性能新材料、新工藝（10）（4）激光拼焊技術在汽車車身上的應用（5）歐洲激光拼焊應用趨勢新材料、新工藝（11）新工藝－熱壓成型（1）熱壓成型定義熱壓成型是將常溫下的鋼板加熱到900℃以上，再利用凸凹模壓合成型，從而實現(xiàn)零件生產(chǎn)的一種方法。通常，熱壓成型又可分為兩種，即直接熱壓成型（DirectHotForming）和間接熱壓成型（IndirectHotForming）。直接熱壓成型是指將板料放入模具中，成型時零件和模具都加熱到既定的溫度，完成零件的成形。間接熱壓成型是指對零件先進行預成形，后放入模具中進行熱壓成型處理，以達到既定零件形狀。新材料、新工藝（12）（2）熱壓成型技術優(yōu)勢：得到超高強度的車身零件；減輕車身重量；提高車身安全性、舒適性；改善沖壓成形性；控制回彈，提高零件尺寸精度；提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蝕性；高溫時材料的屈服強度降低，對沖壓所需壓機噸位的要求也相應的降低了。新材料、新工藝（13）（3）熱壓成型技術劣勢：設備投資大（冷卻系統(tǒng)、步進爐、激光切割），試驗線投資200-300萬歐元，生產(chǎn)線投資600-800萬歐元；模具設計和加工復雜，制造成本高，維護、保養(yǎng)成本高；一般需要制作兩套模具，第一套供調(diào)試，第二套供實際生產(chǎn)，增加了成本；國外掌握熱成形模具設計這一核心技術的單位很少，大都進行嚴格的技術封鎖；國內(nèi)目前無此類模具的能力，短期內(nèi)難以實現(xiàn)國產(chǎn)化；需要特殊的含硼鋼板，在歐洲已經(jīng)普遍，但國內(nèi)還沒有成熟產(chǎn)品新材料、新工藝（14）鋼板表面質(zhì)量缺陷缺陷名稱:分層定義與外觀鋼板內(nèi)部或斷面上出現(xiàn)分離層，有時在分層的縫隙中有肉眼可見的夾雜物，呈深灰色，分層不在鋼板邊緣時，板面出現(xiàn)無規(guī)則的小波紋或小鼓包。平整后，凸出部分發(fā)亮，波紋不能消除。剪切或沖壓時，一張鋼板局部分成明顯的二層板，層間有夾渣，呈灰白色。

成因1板坯中的縮孔、尾孔未切盡，流入下工序。表現(xiàn)為在鋼卷的頭部、尾部或焊縫前后帶鋼分層，內(nèi)裂坯軋制時未焊合。2鋼帶中的非金屬夾雜物或氣體集中分布，軋制延伸，不能焊合。3連鑄坯保護渣大量卷入。缺陷名稱:壓入氧化鐵皮定義與外觀爐生氧化鐵皮軋制時被壓入鋼板表面，呈點狀、條狀或魚鱗狀的黑色斑跡，分布面積大小不等，壓入的深淺也不一致，一般下表面多于上表面。這類鐵皮，酸洗時無法洗掉，當鐵皮脫落時成為凹坑。

成因1高壓水壓力不足，連軋前氧化鐵皮未清除干凈。2高壓水噴咀堵塞，局部氧化鐵皮未清除。3板坯加熱溫度過高，時間過長；爐內(nèi)呈強氧化氣氛，生成嚴重爐生氧化鐵皮，軋制時壓入。4集鱗管道打開組數(shù)不足，除鱗不干凈。缺陷名稱:欠酸洗

定義與外觀鋼板、鋼帶上下表面呈現(xiàn)橫向條片狀、灰黑色條紋，多出現(xiàn)于帶鋼的尾部（熱軋帶鋼的頭部）和沿帶鋼寬度方向的中部，嚴重時遍布整個帶鋼表面，欠洗帶鋼表面質(zhì)量差，無光澤。

成因1熱軋帶鋼各部分溫度和冷卻速度不同，即沿帶鋼長度方向的頭、中、尾以及沿寬度方向的邊、中部的溫度和冷卻速度不同，使同一帶鋼各部分的鐵皮結(jié)構(gòu)和厚度不同，一般說，熱軋帶鋼的頭、中部比尾部溫度高30~50度，因此，頭部鐵皮較厚，尾部鐵皮較薄，因而，在酸洗速度相同的情況下，易產(chǎn)生局部未洗凈。2酸洗工藝不適當，如酸洗的濃度、溫度偏低，酸洗速度太快，酸洗時間不足，或亞鐵濃度高未及時補充酸液等。3拉伸除鱗機拉伸系數(shù)不夠，使鐵皮未經(jīng)充分破碎、剝離、影響酸洗效果。缺陷名稱:邊裂

缺陷名稱:邊裂

缺陷名稱:邊裂

缺陷名稱:邊裂

定義與外觀鋼板表面出現(xiàn)周期性的凹坑或凸包，嚴重的輥印導致薄帶鋼軋穿。輥印與壓印有區(qū)別，前者由軋輥產(chǎn)生，后者定為各種S輥、夾送輥、矯直輥造成。以兩輥印之間距不同加以識別。

成因1帶鋼焊縫過高或清理不平，連軋時引起粘輥。2輥子上粘有硬金屬物(焊珠、金屬屑等)或污垢，軋制或平整時，硬物或污物壓在帶鋼表面上，留下壓痕。3工作輥掉肉。缺陷名稱:輥印

缺陷名稱:輥印

缺陷名稱:輥印

缺陷名稱:輥印

缺陷名稱:輥印

缺陷名稱:輥印

缺陷名稱:氧化色（氧化邊）

定義與外觀鋼板及鋼帶表面被氧化，其顏色由邊部的深藍色逐步過渡到淺藍色、淡黃色，統(tǒng)稱氧化色。

成因1退火時保護罩密封不嚴或漏氣，發(fā)生化學反應。2保護罩吊罩過早，高溫出爐（鋼卷溫度大于110℃）鋼卷邊緣表面氧化。3保護氣體成份不純，一氧化碳和二氧化碳比例不合造成碳的沉積。4加熱前預吹洗時間不足，爐內(nèi)存在殘氧，鋼卷在氧化性氣氛中退