冷軋帶鋼在汽車生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展

1、冷軋汽車板生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展孫 力，劉大亮 （河北鋼鐵集團唐鋼冷軋廠，唐山 063016）摘要：本文主要簡述了冷軋用汽車板的性能、分類以及其根據(jù)性能在汽車上的使用部位，同時簡要描述了針對汽車板性能所使用的一些重要模擬方法和處理技術(shù)。關(guān)鍵詞：汽車板;處理技術(shù);焊接The Application and Development of Cold-rolled Automobile PlateSun Li，Liu Da-liang （HBIS Group Corporation Tangsteel Company, Tangshan 063016）Abstract: This paper mainly o

2、utlines the performance and classification of cold-rolled automobile plate, and the plate used in the cars according to its performance. Briefly descried some important simulation methods and processing techniques are devoted to the capability of cold-rolled automobile plate. The Key words: automobi

3、le plate, processing techniques, welding 1前言目前我國現(xiàn)已經(jīng)成為第一大汽車生產(chǎn)國和汽車消費國，冷軋汽車板在冷軋產(chǎn)品中的地位也日趨加重，新的生產(chǎn)工藝和新的后處理技術(shù)得到迅猛發(fā)展。市場對國產(chǎn)高品質(zhì)冷軋板的需求量為8400萬噸，與國內(nèi)預(yù)計產(chǎn)能相比預(yù)計缺口達1000萬噸以上，我國汽車用鋼國產(chǎn)化率目前已達到90%以上，但中高檔轎車鋼板需大量進口，冷軋深沖板自給率只有65%左右。在保持鋼材板帶比持續(xù)提高的前提下，高附加值的深加工冷軋板帶產(chǎn)品顯著增加，冷軋汽車用板的產(chǎn)量和質(zhì)量水平很大程度上反映了一個國家鋼鐵工業(yè)總體技術(shù)水平的強弱。2冷軋汽車板分類和新處理技術(shù)2.1

4、冷軋汽車板分類1）低碳和超低碳鋼鋼板及鋼帶冷軋低碳鋼和超低碳鋼由于具有良好的沖壓性能、焊接性能以及較高的尺寸精度，因而被廣泛用于制造各種汽車零部件。按沖壓能力的大小可分為一般用、沖壓用、深沖壓用、特深沖壓用、超深沖壓用，特別是無間隙原子鋼（IF鋼）因具有高的r值、n值和伸長率，目前已大量用于門內(nèi)板、行李箱蓋板、油底殼等極難沖件。 2）碳素結(jié)構(gòu)鋼板及鋼帶碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板及鋼帶St37-2G, St44-3G, St52-3G綜合力學(xué)性能（強度、伸長率等）及工藝性能（彎曲）良好，尺寸精度高，并具有良好的焊接性能，適用于簡單加工的構(gòu)件?？捎米髌嚨囊恍┙Y(jié)構(gòu)部件，如車廂邊框及中底板和各種加強板等。 3）

5、加磷高強度鋼板及鋼帶加磷高強度鋼是指在低碳鋼或超低碳鋼中特別添加一定量的磷，利用磷的固溶強化作用提高鋼的強度，使用這種鋼板可使汽車沖壓件的厚度適當減薄，能降低汽車的自重，獲得良好的經(jīng)濟效益。加磷高強度鋼既可用于制作車門外板、發(fā)動機蓋板、頂蓋等外覆蓋件，也可制作橫梁、縱梁等加強件和結(jié)構(gòu)件。 4）烘烤硬化高強度鋼板及鋼帶烘烤硬化鋼（BH鋼）是指采用特定的化學(xué)成份和生產(chǎn)工藝使鋼板中固溶一定的碳原子，鋼板在交貨狀態(tài)下具有較低的屈服強度，沖壓成形后，進行涂漆烘烤時屈服強度增加一定值的一種新型高效汽車用鋼。BH鋼可以提高汽車外板的抗凹陷性，同時又具有良好的成形性能，因此越來越受到汽車廠的重視。廣泛用于汽車

6、門外板、發(fā)動機蓋板等外覆件上。 5）雙相高強度冷軋鋼板及鋼帶雙相高強度鋼屬相變強化高強度鋼，是指通過采用特定的化學(xué)成份和生產(chǎn)工藝在鋼的鐵素體基體上彌散分布一定量的馬氏體，形成以鐵素體加馬氏體為主的組織，在提高強度的同時改善鋼的成形性能。具有屈強比低、無屈服延伸、應(yīng)變強化指數(shù)高和良好的抗碰撞性能，可以實現(xiàn)在減輕汽車重量的同時提高安全性能，是近年來發(fā)展起來的先進高強鋼，主要用于汽車車輪、保險杠、懸掛系統(tǒng)和加強件，也可用于汽車內(nèi)外板。6）低合金高強度鋼板及鋼帶低合金高強鋼是在低碳鋼中添加少量的鈮、鈦等合金元素，使其與碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在鐵素體基體上析出從而提高鋼的強度。因為這種鋼具有良

7、好的成形性能和較高的強度，主要用于汽車座椅、橫梁等結(jié)構(gòu)件。7）汽車用電鍍鋅鋼板（帶） 電鍍鋅鋼板及鋼帶要求具有耐蝕性好、表面質(zhì)量高（O5表面質(zhì)量），加工性能及涂裝性能優(yōu)異等特點，可用于制作汽車內(nèi)外板及結(jié)構(gòu)件和加強件。8）汽車用熱鍍鋅鋼板（帶）優(yōu)秀的汽車用熱鍍鋅卷要求鋅層附著力強，耐腐蝕能力強，鋅層厚度控制準確，尺寸精度高，板型平直；有良好的力學(xué)性能，加工性和焊接性。可用于制作汽車內(nèi)外板以及結(jié)構(gòu)件和加強件。隨著近些年鍍鋁鋅硅板工藝的成熟和完善，在一些結(jié)構(gòu)件和加強件的使用上也逐步的投入使用代替熱鍍鋅板。2.2 冷軋汽車板的新處理技術(shù)1）模擬成形性能模擬各種基本成形特征的成形試驗結(jié)果對鋼板成形性能進

8、行綜合評價。采用數(shù)字攝像、圖形處理和數(shù)值分析，進行材料、沖壓形彎曲模具和沖壓工藝參數(shù)之間的相互關(guān)系的研究。模擬成形試驗研究項目主要有：“S”梁試驗評價板料回彈性能、液壓脹形試驗、杯突試驗評價板料脹形性能、成形極限圖試驗、拉深成形實驗評價板料的拉深成形性能、錐杯試驗檢驗拉深-脹形復(fù)合成形的板料成形性能、擴孔試驗評價板料擴孔成形性能等。2）CGA技術(shù)的工程應(yīng)用采用成形極限圖(FLD),網(wǎng)格應(yīng)變分析(CGA)以及厚度應(yīng)變分析(TSA)對零件沖壓成形的安全裕度進行評估。如圖1所示，就是對安全裕度進行評估的實例。操作步驟為：1)在坯料上腐蝕出圓形網(wǎng)格；2)材料沖壓成零件；3)測量零件上危險區(qū)域的應(yīng)變分布

9、。圖1 安全裕度評估實例圖Fig1. Sketch map of safe coefficient assessment 實驗室測定的材料成型曲線； 考慮10%安全裕度后的材料成形極限曲線； · 實沖零件上的應(yīng)變分布3）有限元仿真及應(yīng)用汽車的計算機仿真技術(shù)始終貫穿于汽車的設(shè)計階段。剛度、強度分析、碰撞分析、模態(tài)分析用于檢驗汽車結(jié)構(gòu)是否符合安全標準；虛擬路試用于檢驗汽車的結(jié)構(gòu)、零件和焊點等的抗疲勞性；沖壓仿真分析用于檢驗車身零件是否具有良好的可成形性。因此汽車計算機仿真技術(shù)有效地縮短了汽車的設(shè)計周期，節(jié)約了大量實驗材料，從而降低生產(chǎn)成本，提高了汽車廠的競爭能力。4）汽車板點焊汽車上焊點

10、的質(zhì)量直接影響汽車的使用性能。點焊是焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊焊接方法。點焊過程分為3個階段：1）焊件在電極間預(yù)先壓緊；2）通電后把焊接區(qū)加熱到一定溫度；3）在電極壓力作用下冷卻。點焊時使用一定直徑電極的加壓，被焊工件在壓力和高溫雙重作用下發(fā)生變形，且僅在焊接區(qū)緊密接觸形成電流通道，而其他部分不構(gòu)成電流通道，從而在焊接區(qū)域得到極高的電流密度。點焊接頭強度用抗剪力與正拉力來評定。正拉力Fn與抗剪力Fs的比值（K=Fn/Fs）稱為剪性比，它的數(shù)值越大，接頭的塑性越好。正拉力Fn通過十字拉伸試驗(CTS) 獲得；抗剪力Fs通過拉剪試驗（TSS）獲

11、得。5）激光技術(shù)在汽車組裝上的應(yīng)用汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，推動了激光加工技術(shù)與汽車組裝的快速融和。激光拼焊技術(shù)即將原來由幾塊不同厚度和不同強度板材分別沖壓成零部件，然后焊接成整體件的工序，改成先將不同強度和不同厚度的板材沖裁、焊接成整體毛坯，然后進行整體沖壓成型。激光拼焊的優(yōu)點是：1 不同材料的任意組合；2 零件組合一體成型；3 提高結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性；4 滿足汽車對寬幅板的需求。激光拼焊板的這些優(yōu)點在生產(chǎn)中體現(xiàn)為高質(zhì)量、高效率、低成本。選用拼焊板，車身零件數(shù)量約減少20%，減重25%。激光拼焊板已被廣泛用在汽車內(nèi)門板、縱梁、底板、立柱等多種汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)件。6）汽車板的涂裝技術(shù) 汽車90以上的外

12、表面是涂裝面，涂裝后的汽車板應(yīng)具備高度的功能性，即良好的耐蝕性、耐候性、抗機械沖擊性等，其性能的優(yōu)劣取決于被涂裝材自身的防腐性能和涂裝特性以及覆蓋于其上的有機、無機復(fù)合涂裝層的綜合性能，圖2就是對各層涂裝面所用涂層的縱向剖面圖。同時，涂裝后的汽車板還應(yīng)具有很好的裝飾性，主要的表征數(shù)值為桔皮值以及反映反射影像的鮮映性DOI值等。圖2 涂層縱向剖面圖Fig2. Longitudinal seismic section image of coat7）磷化技術(shù)磷化是汽車板處理的核心工藝。它是通過鋼板與鍍鋅層表面與酸性磷酸鹽溶液反應(yīng)生成一層非金屬的、半導(dǎo)電的多孔磷酸鹽無機轉(zhuǎn)化膜，基本反應(yīng)公式如下：(1)

13、 Fe+H+ Fe2+H2(2) Me(H2PO4)2 MeHPO4+H+ Me3(PO4)2+H+(3) Fe+ Me(H2PO4)2 MeFe(HPO4)2+H2(4) Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+H2O Me3(PO4)2·4H2O+Me2Fe(PO4)2·4H2O+H3PO4 磷化膜鍍鋅板磷化過程：Me(H2PO4)2+ H2O Me3(PO4)2·4H2O+H+Me：Zn，Mn，Ni，Ca該轉(zhuǎn)化膜的主要功能是提高基板表面積，并加大與漆膜的結(jié)合力，改善涂層的膜下防腐和耐水性。由鋅、錳、鎳三元改性磷化體系通過浸噴結(jié)合工藝處理得到的低鋅偽轉(zhuǎn)化型

14、磷化膜作為電泳底漆的底層已在全球范圍內(nèi)成為了標準化的前處理模式，表1為各種基材磷化前后的微觀對比圖：表1 各種基材磷化前后的對比Table1.Phosphating contrast of different basal plate基體基體SEM磷化膜SEM冷軋板熱鍍鋅熱鍍鎳鐵合金電鍍鋅預(yù)磷化8）電泳技術(shù)電泳涂裝是一種特殊的漆膜形成方法。其基本原理類似于金屬的電鍍，只不過鍍在磷化膜表面的是有機高分子物質(zhì)，電泳后得到的濕膜再通過加熱進行交聯(lián)固化。圖3 陰極電泳示意圖Fig3. Sketch map of cationic electrophoresis圖3為70年代開發(fā)的陰極電泳示意圖，反應(yīng)過程

15、的化學(xué)式如下：陰極（車身）：2H2O+2e- 2OH-+H2陽極（極板）：2H2O 4H+4e-+O2陰極電泳涂料因其具有泳透率高、涂層耐腐蝕性高的優(yōu)點，加之無鉛、無錫環(huán)保型陰極電泳漆的開發(fā)成功，已經(jīng)逐步替代陽極電泳涂裝，至今在技術(shù)上已形成了5代陰極電泳產(chǎn)品。目前所有的高級轎車均采用陰極電泳進行第一層有機涂層的涂裝。3結(jié)語汽車板是冷軋產(chǎn)品的高端產(chǎn)品和戰(zhàn)略產(chǎn)品，我國經(jīng)過10多年的發(fā)展，無論從生產(chǎn)機組裝備水平還是品種方面均有了質(zhì)的變化。隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對汽車板的要求越來越高，國內(nèi)新車型同國外車型的同步推出，進一步加快了鋼種同國外同步的步伐。生產(chǎn)企業(yè)逐步建立、發(fā)展和完善了一貫制生產(chǎn)原則，對冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、退火及涂鍍等涉及的各道工序進行統(tǒng)一的生產(chǎn)計劃和質(zhì)量管理，為優(yōu)質(zhì)冷軋汽車板生產(chǎn)提供了先進的工藝技術(shù)及管理支撐。參考文獻1 王利. 寶鋼冷軋汽車板品種開發(fā)、應(yīng)用及發(fā)展.