汽車用高強度鋼板發(fā)展趨勢-圖文

1、高強度鋼板發(fā)展趨勢一百多年來，鋼鐵一直是汽車工業(yè)的基礎，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。選擇低厚度的高強度鋼板取代傳統(tǒng)的低強度鋼板是汽車輕量化的一個有效的方法。與鋁、鎂合金和復合材料相比較，高強度鋼板的原材料和制造成本較低，使其在汽車新材料的應用中更加具有競爭力。1. 高強度鋼的定義、分類與特點1.1 定義與分類對于高強度鋼和超高強度鋼，目前并沒有一個統(tǒng)一的定義。有人認為抗拉強度超過340MPa的稱為高強度鋼。瑞典將鋼板強度級別分為普通強度鋼(MS)、高強度鋼(HS)和超高強度鋼(EHS)。一般有兩個分類的依據：屈服強度和抗拉強度。我們總結了目前對于高

2、強度鋼板分類的幾種方法和依據，如表5-7所示。表5-7高強度鋼板的分類方法分類依據低強度鋼高強度鋼超高強度鋼屈服強度210210s550550ULSAB-AVC提供抗拉強度270270b700700屈服強度220220/提供抗拉強度340340/注：在具體數值上也沒有必要進行非常嚴格的量化，強度的界限僅僅作為一個參考。ULSABAVC聯(lián)合會認為對鋼種分類的規(guī)范化非常重要，按習慣定義屈服強度(YS)和抗拉強度(TS)，將鋼種標記為XX aaa/bbb。其中，XX為鋼種類型，aaa為最低屈服強度(MPa)，bbb為最低抗拉強度(MPa)。鋼種的標志符號統(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、低合金高強度鋼。先進高強度鋼鋼種：雙相鋼、復相鋼、相變誘發(fā)塑性鋼、馬氏體鋼。例如，鋼種DP500800是指雙相鋼，其最低屈服強度為500MPa，最低抗拉強度為800MPa。按照ULSAB所采用的術語，將屈服強度為210550MPa的鋼定義為高強度鋼(HSS)，屈服強度為550MPa的鋼定義為超高強度錒(UHSS)，而先進高強度鋼(AHSS)的屈服強度覆蓋于HSS和UHSS之間的強度范圍。下圖給出了鋼板的分類情況及其屈服強度和延伸率的對應關系。IF 無間隙原子鋼LC 低碳鋼BH 烘烤硬化鋼HSLA 剛強低合金鋼DP 雙相鋼FB 鐵素體-貝氏體鋼TRIP相變誘導發(fā)塑性鋼

4、MP 復相鋼MS 馬氏體鋼圖 5-1 鋼板的分類及其屈服強度和延伸率的對應關系1.2 特點與其它汽車輕量化的候選材料鎂、鋁合金和復合材料相比，高強度鋼板具有以下優(yōu)點：1、原材料價格低，經濟性好；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）成形、焊接、涂裝和總裝生產線，大大節(jié)約了設備投資成本。與普通高強度鋼相比具有如下特點：1、成形性能好；2、高烘烤硬化性能；3、能量吸收率較高；4、高的疲勞強度和長的疲勞壽命；5、高的防撞和抗凹性能。盡管高強度鋼有上述諸多優(yōu)點，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；二是由于高強度鋼板屈服強度高，致使高強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。有效地解決這兩個瓶頸問題的方法：一是傳統(tǒng)的基于經驗、類比的試沖和試做的方法。二是基于沖壓仿真技術的高強度鋼板沖壓成形性改進和成形精度控制方法，由于其快速反應和低成本日益成為板成形領域的研究熱點。2. 高強度鋼板在汽車上的應用目前，國外汽車公司在相當比例的轎車零件上應用了高強度鋼板，日本五家最大的汽車公司轎車零件高強度鋼板的應用比例80年代為15%，90年代超過30%，在本世紀初新開發(fā)的車型高強度鋼板使用比例最高達52%。圖5-2為歐洲和日本某汽車公司19802000年高強度鋼在白車

6、身中的應用比例。由圖可以看出，兩家公司所采用的高強度鋼均呈現(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)項目啟動，該項目是從整體上研究和開發(fā)新一代鋼鐵材料的汽車結構車身。其更是把整個車身90%的沖壓件使用高強度鋼板和超高強度鋼板作為目標，通過使用高強鋼(HSS)和先進高強鋼(AHSS)，向人們展示了降低汽車重量的巨大潛力。ULSAB項目除了研究高強度鋼板在汽車上的應用外還研究了新的制造技術（如激光拼焊技術等），以便在汽車制造中靈活地使用高強度鋼。下圖為ULS

7、ABAVC項目組統(tǒng)計出的未來汽車材料的組成結構。圖 5-2 高強度鋼在白車身中的比例a)按屈服強度級別 b)按鋼種圖5-3 未來汽車材料的組成在日本，車身零件實際應用高強度鋼板始于20世紀70年代。二次石油危機后，高強度鋼板的使用率越來越高。最早應用于車身外表件，然后才用到內部零件和結構件。目前，日本懸架結構件和支撐件的抗拉強度已達8001000MPa?？估瓘姸?10MPa的高強度鋼板多用于內部件。日本NKK公司開發(fā)了汽車外殼用45kg級高強度鋼板，已在新車型上采用。該鋼種是通過鋼結晶微細化獲得高強度的。日本川崎制鋼公司最近開發(fā)了TS980MPa級高強度鋼板CHLY980。該公司對提高延伸率的

8、金相組織進行了研究，通過優(yōu)化鋼的成分、熱軋和退火工藝，生產出硬質低溫相變組織為第二相、鐵素體為主相的復合組織鋼板目前已應用于擋泥板、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，高強度鋼板也得到廣泛的應用。德國的歐寶（Opel）、大眾（Volkswagen）、寶馬（BMW），法國的標致（Peugeot）等汽車廠家的產品都不同程度用上了高強度鋼板。圖5-4 某款VOLVO的材料構成示意圖上圖為歐寶某型汽車的高強度鋼的應用情況。圍繞高強度鋼板的研發(fā)也在不斷地進行中，瑞典SSAB鋼板有限公司開發(fā)出鐵素體+馬氏體

9、組織的特高強度冷軋薄鋼板，其屈服強度達到700MPa。目前，北美汽車工業(yè)和鋼鐵產業(yè)正在積極推進高強度鋼(HSS)和超高強度鋼(UHSS)的研究與應用。并在ULSAB的基礎上，積極推進ULSABAVC計劃，成為與鋁、鎂輕金屬合金分庭抗禮的一大亮點。近幾年在PNGV計劃的驅動下，高強度鋼在北美汽車用材中得到迅速發(fā)展。高強度鋼的應用已由1997年6的比例上升到2002年的45。預計在今后幾年中將會得到更進一步的發(fā)展。北美汽車零部件應用鋼的趨勢情況見表5-8。表5-8 汽車零部件鋼的應用趨勢零件種類鋼的分類外護板類高強度烘烤硬化鋼(BHHSS)、雙向烘烤硬化鋼(BHDP)內護板類烘烤硬化鋼(BH)結構

10、類高強度烘烤硬化鋼(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、復相鋼800-1000隨著國外轎車車身零件上的高強度鋼板應用日益增加，國內轎車車身零件應用高強度鋼板也呈現(xiàn)上升趨勢。為了適應這種趨勢，近年來寶鋼自主開發(fā)了一批高強度鋼板，三期工程又引進了一批高強度鋼板品種，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、風神、長安鈴木以及天津豐田的一些零件也在應用高強度鋼板。從這些車型的情況看，高強度鋼板應在外覆蓋件和內板件的梁、立柱、加強件等零部件上。根據目前國內外的汽車高強鋼板的現(xiàn)狀，總結各類高強

11、度鋼板在汽車上的應用趨勢大致如表5-9所示。表5-9 高強度鋼板的應用趨勢類型使用位置相變誘導塑性（TRIP）鋼保險杠加強筋、車門防撞梁、立柱加強板，前頂梁等烘烤硬化鋼頂蓋、前翼子板、車門、發(fā)動機罩內板、行李箱蓋內板、后翼子板等加磷高強度鋼車身覆蓋件、前翼子板等HSLA沉淀強化鋼輪輻、輪輞等DP鋼保險杠、車輪，車底十字構件，防撞加強構件，車門外板，前翼構件，后側外部構件，懸掛構件，車頂橫梁，側圍加強構件，立柱等為滿足減輕車體重量和提高沖撞安全性能的需要，擴大高強度鋼板的使用無疑是最佳的方法之一。由于先進高強度鋼在強度、抗腐蝕具有一定的相對優(yōu)越性能，隨著先進高強度鋼應用技術的進一步成熟，其必將有利于進一步提高汽車的安全性、環(huán)保性及節(jié)能性。因此，先進高強度鋼將會在部分汽車零部件上應用有著比鋁、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)保”的造車理念展開。高強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