商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用

商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用中國汽車工程研究院中國汽車工程研究院馬鳴圖中國汽車工程研究院報(bào)告的主要內(nèi)容中國汽車工程研究院一、中國汽車工業(yè)發(fā)展簡況二、汽車工業(yè)發(fā)展帶來的三大問題三、汽車輕量化意義重大四、乘用車輕量化的表征參量五、商用車輕量化意義更大六、對(duì)汽車輕量化用材和能耗的新的評(píng)估方法七、國內(nèi)某載重車的材料構(gòu)成八、商用車輕量化手段和方法九、商用車高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用十、汽車典型構(gòu)件的功能和板材性能的關(guān)系十一、有限源分析和計(jì)算機(jī)模擬是實(shí)施輕量化的重要手段十二、結(jié)論一、中國汽車工業(yè)發(fā)展簡況產(chǎn)量的增長情況從53年建立一汽到2009年中國汽車工業(yè)走過了56年里程1953年—1992年100萬輛1993年—2000年200萬輛2001年—2002年326萬輛2003年—445萬輛，轎車高達(dá)45.4%，比例亦較合理2005

年—570萬輛，居全世界第四。2006年—728萬輛,銷量居世界第二,產(chǎn)量居世界第三2007年接近900萬輛,如果在加農(nóng)用車150-180萬輛,產(chǎn)銷均居世界第二.汽車保有量,超過4000萬輛,汽車工業(yè)已成為名符其實(shí)的支柱產(chǎn)業(yè).2008年汽車產(chǎn)量為938萬輛，汽車保有量接近5100萬輛2009年全年產(chǎn)量1360萬輛2010年全年汽車產(chǎn)量1800萬輛，汽車保有量8000萬輛從2000年以后中國汽車工業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道。中國汽車工業(yè)發(fā)展簡況Output

of

auto(*104units)100090080070060050040030020010001992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010Time(year)汽車產(chǎn)量的增長情況中國汽車工業(yè)發(fā)展簡況汽車保有量的增長情況2009年中國汽車產(chǎn)銷量為1364萬輛，商用車產(chǎn)量340萬輛；汽車保有量將近6300萬輛；商用車將近1500萬輛。18022053238326943159369743585099628078020.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%1000020003000400050006000700080009000

30.0%2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010全國汽車保有量（萬輛） 年增長率二.汽車工業(yè)發(fā)展帶來的三大問題汽車工業(yè)發(fā)展、汽車產(chǎn)量增多、汽車保有量的加大帶來了三大問題：油耗、環(huán)保和安全，針對(duì)這三大問題，各國都制定了相應(yīng)的法規(guī)；20世紀(jì)70年代的兩次石油危機(jī)，促進(jìn)汽車工業(yè)提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，80年代中期以后，保護(hù)人類居住和賴以生存的環(huán)境又一次推動(dòng)汽車工業(yè)提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2008》的數(shù)據(jù)，2007年全球石油產(chǎn)量為8

150萬桶，按照這一數(shù)字，全球石油儲(chǔ)量可滿足40年的需求；目前美國53%依賴進(jìn)口石油，歐洲高達(dá)76%，日本幾乎全部依賴進(jìn)口，中國石油對(duì)外依存度接近50%。在各行業(yè)的石油消耗中，汽車工業(yè)是耗油大戶。中國汽車工程研究院汽車節(jié)油至關(guān)重要中國石油供應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化目前美國53%依賴進(jìn)口，歐洲高達(dá)76%進(jìn)口，日本幾乎全部依賴進(jìn)口，2010年中國石油對(duì)外依存度55%。中國汽車消耗燃油的增長情況2006年，我國汽車用燃油消耗占國內(nèi)石油消耗總量的27％，其中車用汽油占全國汽油消耗量的86.4％，目前，為95%，車用柴油占全國柴油消耗量的38.5％，農(nóng)用車對(duì)柴油消耗達(dá)到11％。我國石油消費(fèi)中汽車燃油的增長情況各個(gè)行業(yè)的排放情況美國各個(gè)產(chǎn)業(yè)的溫室氣體排放情況（數(shù)據(jù)來源美國EPA，2005）中國汽車工程研究院按2005年美國環(huán)保局（EPA）的數(shù)據(jù),各個(gè)產(chǎn)業(yè)的溫室氣體排放情況見下圖，交通運(yùn)輸?shù)臏厥覛怏w排放量是僅次于電力工業(yè)。這些數(shù)據(jù)表明：汽車工業(yè)節(jié)能減排對(duì)于一個(gè)國家的能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)都具有重要的意義。百萬噸全球經(jīng)濟(jì)活動(dòng)加速，大氣中二氧化碳含量增長，溫室氣體排放和全球變暖成為人類共同面對(duì)的問題。大氣中的二氧化碳含量增長情況中國汽車工程研究院交通事故死亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)比較89455日本英國德國美國6639329842642中國80K60K40K20K04949死亡人數(shù)中國汽車工程研究院中國道路交通死亡狀況分析2000004000080000600001000001200002003行人死亡人數(shù)數(shù)據(jù)來源：《中華人民共和國道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)（2007年）》從1998年到2007的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到，2002年至2004年，每年的死亡人 數(shù)都超過10萬人，道路交通事故形勢極為嚴(yán)峻。從2005年開始，道路交通事故死亡人數(shù)呈逐漸下降的趨勢，但行人占總死 亡人數(shù)的比例始終高居兩成五以上，沒有明顯下降。1998

1999

2000

2001

2002 2004

2005

2006

2007年死亡人數(shù)汽車各類安全法規(guī)要求日益嚴(yán)格各類安全法規(guī)的要求需要更高強(qiáng)度、更高性能的汽車沖壓件。–

EURO-NCAP,

(64,4

km/h,

40

%)–

US-NCAP,

(56,3

km/h,

100%)–

Pole

(front),

(50

km/h,

middle)IIHS

low

speed,

(8

km/h,

others)AZT-front/rear,

(15

km/h,

40%)FMVSS

201FMVSS

208FMVSS

214Roof

hitting

testRoll

overJAPAN-NCAP,

(55

km/h,

90°)US-LINCAP,

(62

km/h)Pole

(side),

(29

km/h)IIHS

side,

(50

km/h)–

BMW

rear,

50

km/h,

40

%)–

US-FMVSS

301,

(80

km/h,

70

%)中國汽車工程研究院各類安全法規(guī)逐漸提升和嚴(yán)格C-NCAP中國汽車工程研究院汽車各類安全法規(guī)要求日益嚴(yán)格日本到2010年實(shí)現(xiàn)汽油乘用車燃油效率目標(biāo)為15公里/升，比1995年提高了22.8%。歐盟乘用車燃油消耗目標(biāo)為2009年單車平均排放CO2目標(biāo)減少到140g/km(相當(dāng)于耗油量5.7L/100Km)，2012年達(dá)到120g/km(相當(dāng)于耗油量4.9L/100Km)。這使的人們更加關(guān)注汽車輕量化。我國《乘用車燃料消耗量限制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，2010年前，乘用車新車平均油耗比2003年降低15%以上，即2010年乘用車平均燃油消耗應(yīng)為8.5升/100Km以下，大約相當(dāng)單車平均排放CO2200g/km，與發(fā)達(dá)國家仍存在明顯差距。輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段汽車輕量化是解決汽車工業(yè)發(fā)展與能源環(huán)境之間矛盾的有效途徑研究表明，約75%的油耗與整車質(zhì)量有關(guān)，降低汽車質(zhì)量就可有效降低油耗以及排放。目前，大量研究表明，汽車質(zhì)量每下降10%，油耗下降8%，排放下降4%。美國在歐洲全順車的實(shí)驗(yàn)表明，在滿足歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)條件下，每百公里油耗Y與自重X滿足以下關(guān)系Y=0.003X+3.3434對(duì)商用車的研究表明，汽車質(zhì)量每減少1000kg，油耗可降低6%～7%。油耗的下降，意味著CO2、氮氧化物（NOx）等有害氣體排放量的下降。據(jù)報(bào)道，在美國汽車質(zhì)量如果減少25%，燃油消耗按減少13%計(jì)，一年可節(jié)省2.7億桶石油，每消耗1升燃油，將產(chǎn)生CO22～2.5kg。因此燃油消耗的降低，就意味著溫室氣體和其他有害氣體排放的下降。三.汽車輕量化意義重大2

輕量化是提高汽車動(dòng)力性、舒適性的重要手段汽車質(zhì)量減少，降低了動(dòng)力和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷明顯提高行駛平穩(wěn)性和舒適性。為提高汽車安全性、舒適性等性能，增加了一些輔助裝置，導(dǎo)致汽車的

重量增加。這些重量也需通過輕量化予以補(bǔ)償。在

石油價(jià)格連續(xù)攀升的形勢下，汽車用戶越來越關(guān)注

車輛的油耗，這表明高燃油經(jīng)濟(jì)性汽車是提高中國

汽車工業(yè)競爭力的重要因素，也是今后影響我國汽

車產(chǎn)量增長的首要因素。中國汽車工程研究院三、汽車輕量化意義重大3

汽車輕量化是社會(huì)發(fā)展的需要2003年中國已成為世界第二大石油消費(fèi)國，機(jī)動(dòng)車耗油超過6000萬噸，2005年中國石油消耗量已達(dá)到1.3億噸。我國曾將2020年的石油消耗從6.3億噸規(guī)劃減至4.7億噸，就計(jì)算了汽車輕量化的節(jié)油。燃油消耗的節(jié)約，就會(huì)增加我國石油儲(chǔ)備安全和降低石油進(jìn)口量。汽車輕量化是汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)節(jié)能降耗、降低污染實(shí)現(xiàn)國家的節(jié)能減排的重要手段，是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建和諧社會(huì)的必然要求。輕量化的實(shí)施將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)亦為我國汽車工業(yè)和材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品層次提升提供了動(dòng)力和市場。中國汽車工程研究院三、汽車輕量化意義重大2021/6/10三.汽車輕量化意義重大汽車自身質(zhì)量對(duì)燃油消耗的影響輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段各類車型的燃油效率與車身自重的關(guān)系車型的燃油經(jīng)濟(jì)性km/L四種轎車產(chǎn)品減輕自重8-10%油耗降低6%以上NCAP碰撞（安全性）達(dá)到4星級(jí)以上商用車產(chǎn)品減重10%以上質(zhì)量利用系數(shù)達(dá)到1.5以上建立共性技術(shù)平臺(tái)：技術(shù)規(guī)范產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)庫近期全面提升我國汽車工業(yè)的綜合實(shí)力為汽車工業(yè)節(jié)能減排總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)帶動(dòng)材料、裝備等相關(guān)工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)期以5

種目標(biāo)車型為載體，開展7

項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，輔以4

項(xiàng)支撐措施，搭建2

個(gè)共性技術(shù)平臺(tái)?！笆?五”目標(biāo)汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟聯(lián)盟近期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后預(yù)計(jì)聯(lián)盟內(nèi)整車企業(yè)2010～2012年期間到2015年累計(jì)輕量化車型產(chǎn)量25

萬輛230

萬輛節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤23.9

萬噸69

萬噸減少CO2排放54.7

萬噸157

萬噸企業(yè)新增利潤36.6

億元116

億元一汽奔騰B50奇瑞

B25吉利

NL-1長安

CV11東風(fēng)

某商用車聯(lián)盟目標(biāo)車型汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟寶馬公司為評(píng)價(jià)白車身輕量化效果提出了輕量化系數(shù)L的概念。L可用下式表示，單位為kg/(Nm/°×m2)。L=m/Ct·A

（1）式中m

表示白車身的結(jié)構(gòu)重量（不包括車門和玻璃），單位為Kg；Ct表示靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度（包括玻璃），單位為Nm/°;A表示左右輪邊寬度與前后輪中心距的乘積所得的面積，單位為m2；有關(guān)參量示意圖見下圖，汽車輕量化效果反應(yīng)在L值的下降。白車身輕量化系數(shù)的相關(guān)參量示意圖四.輕量化的評(píng)價(jià)參量輕量化系數(shù)輕量化的評(píng)價(jià)參量輕量化指數(shù)在一般情況下，在進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)時(shí)，人們更多關(guān)心的是輕量化和安全的統(tǒng)一性，因此輕量化系數(shù)應(yīng)該還涵蓋有更多的相關(guān)內(nèi)容。雖然輕量化系數(shù)具有一定的物理內(nèi)涵，但對(duì)于不同車型、不同公司產(chǎn)品，用L的絕對(duì)值難以說明其輕量化效果，通常輕量化是與原標(biāo)桿相比較所得相對(duì)值。因此，為了更直接的反映輕量化的效果，基于式（1）和相關(guān)的輕量化設(shè)計(jì)概念，也為了消除輕量化系數(shù)L的量綱，文獻(xiàn)[7]提出了輕量化指數(shù)Li作為表征輕量化效果的指標(biāo)，即Li

=

L1

-

L2

/

L1將L1、L2帶入即可得輕量化指數(shù)的表征方程Li

=1-(m /

m

)

(C A

)

/(C A

)2

1

t1

1

t

2

2盡管商用車數(shù)量比乘用車少，但消耗的能源不可低估美國能源情報(bào)署（Energy

Information

Administration）1998年發(fā)表的不同類型汽車日消耗石油產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表明，1998年美國商用車（1-8級(jí)載貨汽車）每天消耗石油約占全部汽車消耗量的60％商用車是燃油消耗的主體從增長趨勢看，商用車表現(xiàn)為強(qiáng)勁的增長商用車的輕量化對(duì)于節(jié)約石油資源具有十分重要的戰(zhàn)略意義中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大1

美國等發(fā)達(dá)國家十分重視商用車的輕量化和節(jié)能美國能源情報(bào)署（Energy

InformationAdministration）1998年發(fā)表的不同類型汽車日消耗石油產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測數(shù)據(jù)，表明，1998年美國商用車（1-8級(jí)載貨汽車）每天消耗石油約占全部汽車消耗量的60％，因而商用車是燃油消耗的主體。從增長趨勢看，商用車表現(xiàn)為強(qiáng)勁的增長，商用車的輕量化對(duì)于節(jié)約石油資源具有十分重要的戰(zhàn)略意義。因此美國提出了21世紀(jì)卡車計(jì)劃，該計(jì)劃是美國卡車、客車工業(yè)與其支持工業(yè)及聯(lián)邦政府組成聯(lián)盟，研究和開發(fā)商用車實(shí)用技術(shù)，在提高其安全和性能的同時(shí),顯著降低燃油消耗和排放。中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大美國商用車21世紀(jì)卡車計(jì)劃及技術(shù)路線圖THE

21st

CENTURY

TRUCK

PROGRAMCThes

21t

entury

Truck

Program

is

a

partnership

betweenthe

U.S.

truck

and

bus

industry

and

its

supporting

industriesand

the

federal

government

for

research

and

development(R&D)

of

commercially

viable

technologies

that

willdramatically

cut

the

fuel

use

and

emissions

of

commercialtrucks

and

buses

while

enhancing

their

safety

andaffordability

and

maintaining

or

enhancing

performance.21世紀(jì)卡車計(jì)劃是美國卡車、客車工業(yè)與其支持工業(yè)及聯(lián)邦政府組成聯(lián)盟，研究和開發(fā)商用車實(shí)用技術(shù)，在提高其安全和性能的同時(shí),顯著降低燃油消耗和排放。中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大美國不同類型汽車日消耗石油產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測數(shù)據(jù)中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大2009年中國汽車產(chǎn)銷量為1364萬輛，商用車產(chǎn)量340萬輛；汽車保有量將近6300萬輛；商用車將近1500萬輛。五、商用車輕量化意義更大中國汽車工程研究院2

商用車輕量化的驅(qū)動(dòng)力—法規(guī)與市場需求中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大五、商用車輕量化意義更大中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大中國汽車工程研究院3

國內(nèi)外商用車典型車型自質(zhì)量對(duì)比五、商用車輕量化意義更大中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大中國汽車工程研究院4、商用車減重潛力大我國汽車產(chǎn)量與保有量的15—20%為商用車，而商用車的質(zhì)量大，油耗大，運(yùn)行里程高，輕量化效果顯著，如，重型貨車采用高強(qiáng)度大梁鋼板，可減重300—400kg，采用變截面少片鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，可使板簧的自重降低25—30%，而重型貨車的鋼板彈簧重量在600—1000kg左右，減重可達(dá)200kg以上。商用車的自質(zhì)量也在逐年減少，以意大利IVECO商用車為例，80年代末，其商用車駕駛室的質(zhì)量為1600kg，2004年已降為960kg，減少了40%，車架80年代末的重量

1200kg，目前已至降800kg，減重33%。中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大為了保證礦用車的節(jié)油或增加載重量，而又不影響其使用性能；十分重要的手段是輕量化，礦用車的翻斗和大梁占據(jù)礦用車自重的較大比例，通常二者相加的重量達(dá)到近4噸，使用高強(qiáng)度板后其減重的潛力很大，目前一般翻斗底板的重量為3.0噸左右，通過輕量化的研究和高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，如可使翻斗底板減重250公斤左右，側(cè)板減重

400公斤，以上累計(jì)650-700kg；又如Weoko的集裝箱拖掛車，其大梁采用σs為700MPa的單梁設(shè)計(jì)；日本和俄羅斯的礦用車上早就采用抗拉強(qiáng)度級(jí)別為700-800MPa的高強(qiáng)度和可焊性相結(jié)合的高強(qiáng)度板作翻斗底板；而用抗拉強(qiáng)度為1000MPa作為翻斗的耐磨鑲條，在25T自卸車，

100T電傳動(dòng)中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大自卸車以及其它重型自卸車上的大梁和翻斗上應(yīng)用，減輕了翻斗的重量，改善了使用性能，延長了翻斗的壽命，取得較好的效果；采用高成形性、高強(qiáng)度雙相鋼制作汽車鋼圈，減薄鋼圈用材料的厚度，可以減輕汽車運(yùn)動(dòng)件自重，節(jié)油效果更加顯著。采用鍛造鋁或半固態(tài)鋁制車輪可有效減低重量，實(shí)現(xiàn)輕量化，同時(shí)車輪減輕，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的減低，可明顯的降低油耗。中國汽車工程研究院五、商用車輕量化意義更大六、對(duì)汽車輕量化用材和能耗的新的評(píng)估方法中國汽車工程研究院◆零件的制造能源◆汽車的回收能源合成材料的性能◆材料的使用性能1、能源的評(píng)估◆材料的生產(chǎn)能源◆汽車的使用能源2、性能評(píng)估◆原材料的性能◆制造的工藝性能3、價(jià)格評(píng)估◆求得最高的性價(jià)比4、回收再在的評(píng)估◆材料的循環(huán)再生七、國年某載重車的材料構(gòu)成國內(nèi)某載重車用材情況中國汽車工程研究院七、國內(nèi)某載重車的材料構(gòu)成中國汽車工程研究院八、商用車輕量化手段和方法中國汽車工程研究院實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑有以下三個(gè)：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新——如采用優(yōu)化設(shè)計(jì)除去零部件的冗余部 分（使零部件薄壁化、中空化），部件零件化、復(fù)合化以減少 零件數(shù)量；設(shè)計(jì)全新的結(jié)構(gòu)等。輕量化材料應(yīng)用——主要是采用輕量化材料以減輕零部件重量。輕量化材料是指可用來減輕汽車自重的材料，它有兩大類：一類是低密度的輕質(zhì)材料，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑料和復(fù)合材料等；另一類是高強(qiáng)度材料，如高強(qiáng)度鋼。先進(jìn)成型技術(shù)應(yīng)用——激光拼焊板坯（

TWB），液壓成形（hydroforming）、熱成形（hotpressforming）、半固態(tài)成形（semi-solid

forming）等。八、商業(yè)車輕量化－整車開發(fā)減輕重量比例結(jié)構(gòu)優(yōu)化266Kg19%新材料、新技術(shù)574Kg41%功能配置優(yōu)化560Kg40%合計(jì)1400Kg100%減重1400Kg某牽引車輕量化情況不同專業(yè)的優(yōu)勢集成，包括設(shè)計(jì)、分析、工藝、材料；不同材料的優(yōu)勢集成（高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金及塑料復(fù)合材料）；不同加工工藝和方法的優(yōu)勢集成；各種零件的優(yōu)勢集成和整車性能的優(yōu)勢集成。最終達(dá)到輕量化、高性能、低成本的效果，取得最佳的性價(jià)比。中國汽車工程研究院八、商用車輕量化手段和方法1

商用車大梁等構(gòu)件的輕量化

做為商用車用鋼鐵材料，主要是車架用高強(qiáng)度熱軋板，減少從而大大節(jié)約鋼材的用量和使用過程中的燃油消耗；為滿足雙梁結(jié)構(gòu)變單梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求及汽車制造大梁

工藝技術(shù)的進(jìn)步的推動(dòng)下，開發(fā)了屈服強(qiáng)度為600、650、700MPa級(jí)的系列高強(qiáng)度熱軋汽車大梁鋼板。

商用車輕量化其典型構(gòu)件應(yīng)該用高強(qiáng)度鋼板車架大梁、車身、車輪用鋼板的強(qiáng)度級(jí)別不斷升高，其屈服強(qiáng)度已分別達(dá)780MPa、590

MPa、650MPa；

高應(yīng)力變斷面少片懸架彈簧開發(fā)了應(yīng)用和多片等截面板簧相比，在承受同樣的使用應(yīng)力下板簧重量可減少

30%～50%，板簧的片數(shù)可減少50%～70%。根據(jù)拇指法則：t

HS

s

SMS采/s

用SHS

高強(qiáng)度零件的厚度可以中國汽車工程研究院=

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MS九、商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼熱軋板的應(yīng)用九、商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼熱軋板的應(yīng)用中國汽車工程研究院2

我國目前商用車大梁、車輪、沖焊橋殼高強(qiáng)度熱軋板使用情況長期以來，我國中、重型汽車的大梁均采用雙梁結(jié)構(gòu)，這既有設(shè)計(jì)、制造水平的原因，也有滿足用戶“多拉快跑”和貨物運(yùn)輸車輛的超載使用，如通常標(biāo)示5噸車其超裝載量會(huì)在10—20噸左右，以有效的降低運(yùn)輸成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，目前我國中、重型汽車的大梁以雙梁結(jié)構(gòu)為主，鋼板以510MPa為主；也有部分載貨車采用8mm的590MPa鋼板主梁，5mm的510MPa鋼板為襯梁的。而700MPa的單梁僅極少企業(yè)在牽引車上使用，如一汽J6H型全掛牽引車的大梁采用寶鋼的高強(qiáng)度鋼（B700L）制造，該車型已經(jīng)在

2007年批量生產(chǎn)并投放市場，每輛車的大梁鋼板的高強(qiáng)度鋼板的重量為300—400公斤，需高強(qiáng)度鋼板坯料約400—500公斤；濟(jì)南重汽也在其全掛牽引車上采用700MPa的單梁，并通過了各項(xiàng)試驗(yàn)，將于今年年底或明年年初投放市場。另外一個(gè)輕量化的典型零件為車輪用鋼，目前我國車輪用鋼的強(qiáng)度水平一般為Q235或Q345，應(yīng)用強(qiáng)度級(jí)別較低，車輪重量較重，國外同樣尺寸的車輪比我國要輕15-20%，如美國福特的皮卡車輪采用的材料為低硫的屈服強(qiáng)度為414MPa的專用車輪用鋼，而我國大部分用CL380，車輪重量較高，而且使用壽命也低于美國福特的車輪。目前，中國汽車工程研究院已和江西五十鈴公司與有關(guān)的鋼廠一起開發(fā)高強(qiáng)度低硫的微合金化車輪用鋼，以改善車輪的疲勞壽命、工藝性能及輕量化。另一個(gè)車輪用高強(qiáng)度的發(fā)展方向?yàn)槭遣捎肈P600制造車輪，與Q345相比，

DP600制成的同樣尺寸的車輪，可以減重15%，且沖壓成形性好，疲勞壽命高。中國汽車工程研究院九、商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼熱軋板的應(yīng)用車架與車橋核心為縱梁、橫梁輕量化材料：高強(qiáng)化

Q345、16Mn

QSTE550TM、QSTE700TM加工：沖壓/輥壓成形、整體式大梁車橋輕量化材料：高強(qiáng)化Q345、16MnQ345、16MnBR600HF(橋殼)

QSTE550TM、QSTE700TM(傳動(dòng)軸)加工：熱沖焊/冷沖焊、管狀液壓成形、整體式車橋案例1某牽引車縱梁雙梁8mm+5mm

B510L改為單梁

8mm

QSTE700TM縱梁雙梁改單梁車架輕量化車架總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目DFLX1DFLXX減重（Kg）結(jié)構(gòu)形式車架8+5結(jié)構(gòu)單車架局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)83.7角板原結(jié)構(gòu)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)96.3三、輕量化主要工作－結(jié)構(gòu)優(yōu)化車架輕量化車架總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)8+5結(jié)構(gòu)單車架局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)車架三輕、輕量量化化主要工作－結(jié)構(gòu)優(yōu)化原結(jié)構(gòu)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)車架總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)8+5結(jié)構(gòu)單車架局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)車架三輕、輕量量化化主要工作－試驗(yàn)檢測原結(jié)構(gòu)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)車架總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目DFLX1DFLXX減重（Kg）結(jié)構(gòu)形式車架8+5結(jié)構(gòu)單車架局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)83.7角板原結(jié)構(gòu)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)96.3三、輕量化主要工作－結(jié)構(gòu)優(yōu)化車架輕量化輥壓不出現(xiàn)開裂，能夠很好地控制回彈。1.采用DL700高強(qiáng)鋼替代DL510材料生產(chǎn)商用車車架；2.熱處理高強(qiáng)度鋼板在車架上的應(yīng)用（1200MPa）輥壓整形熱處理車架輕量化倉柵半掛車輕量化案例2車廂輕量化 －車廂開發(fā)序號(hào)箱長(m)原用材料現(xiàn)用材料減重效果14.8～5.4Q235DL700約200kg25.8～6.2Q235DL700約250kg38Q235DL700約300kg高強(qiáng)度鋼自卸車車廂減重方案及效果成形性回彈模具磨損、壽命設(shè)備噸位焊接性能疲勞性能剛性變化高強(qiáng)減重應(yīng)注意的問題項(xiàng)目普通倉柵半掛車配置（普通鋼）輕型倉柵半掛車配置（高強(qiáng)度鋼）普通倉柵半掛車重量輕型倉柵半掛車重量可降低自重翼板14/16mm8/8mm700MPa級(jí)876.2Kg470.1

Kg406.1

Kg腹板8mm5mm700MPa級(jí)758.5Kg468.1

Kg290.4

Kg地板3mm1.5mm1200MPa級(jí)693.6

Kg346.8

Kg346.8

Kg邊梁16#

輕型槽鋼3mm折彎件

700MPa級(jí)327.3

Kg149.6

Kg177.7

Kg立柱立柱外罩4mm,帶內(nèi)封板，寬度180立柱外罩3mm,無內(nèi)封板，寬度120700MPa級(jí)252.0

Kg141.3

Kg110.7

Kg合計(jì)2907.6

Kg1575.9

Kg1331.7

Kg減重45.8％案例2倉柵半掛車輕量化九、商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼熱軋板的應(yīng)用中國汽車工程研究院我國現(xiàn)階段商用汽車（8噸及以上）大梁大都采用

510MPa級(jí)大梁鋼板制造，如，P510L、B510L、M510L、

W510L、Z510L鋼板等；其結(jié)構(gòu)為8mm主梁加5mm襯梁的雙梁結(jié)構(gòu)，翻斗礦用車另加付梁；主梁加襯梁的厚度達(dá)

13mm，重量在1.2—2.0噸范圍。而國際上發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的商用汽車大多采用8mm、屈服強(qiáng)度（≥650MPa）鋼板的單梁結(jié)構(gòu)。在北京、上海的車展上歐洲各國參展的商用汽車大梁全是單梁結(jié)構(gòu)；單梁結(jié)構(gòu)又可分為等剛度單梁、變剛度單梁和變截面單梁結(jié)構(gòu)等，如，重慶紅巖汽車廠引進(jìn)生產(chǎn)的意大利依維柯系列重型商用汽車的大梁就是采用650MPa、8mm的等剛度單梁結(jié)構(gòu)，從而減少了材料消耗、降低了汽車重量，達(dá)到了輕量化目的。因此，我國未來重型商用汽車大梁必將大量采用高強(qiáng)度鋼板的單梁結(jié)構(gòu)，這是我國重型商用汽車輕量化的發(fā)展方向。為使商用車橋殼進(jìn)行輕量化，而采用了沖壓焊接橋殼，不僅縮短了制造的工藝流程，減輕了重量，與鑄造橋殼相比，在同樣的剛度下，可使橋殼減重20%，因此沖壓橋殼用鋼也是近年來，國內(nèi)外研究重要課題之一，以提高強(qiáng)度、保證焊接性能和成形性，從而保證沖壓焊接橋殼的使用壽命。中國汽車工程研究院九、商用車輕量化和高強(qiáng)度鋼熱軋板的應(yīng)用懸架系統(tǒng)的輕量化由目前的等截