汽車鋼板及應用-下(冷板)

1、1,汽車鋼板及應用,中國第一汽車集團公司技術(shù)中心 金屬板材研究室 宋起峰 2013.4,一汽技術(shù)中心,2,目 錄,鋼板概況 熱軋鋼板 不銹鋼板,一汽技術(shù)中心,冷軋鋼板 涂層鋼板 特種鋼板 鋼 管 有色金屬,3,鋼板（卷）工藝流程： 高爐冶煉爐外精煉連續(xù)澆注粗軋精軋 熱軋鋼板（卷） 酸洗 熱軋酸洗鋼板（卷） 冷軋退火冷軋鋼板（卷） 涂層處理 涂層鋼板（卷） 其它處理 復合板、激光拼焊板等,一汽技術(shù)中心,4,世界鋼鐵學會鋼板分類,一汽技術(shù)中心,1 鋼板分類,5,一汽技術(shù)中心,2 冷軋鋼板 沖壓級別,Mild：CQ、DQ、DDQ、EDDQ SEDDQ HSS： CQ、DQ、DDQ,6,低碳鋼板 碳含

2、量：0.01%-0.1% 08F、08AL 牌號：St12、St13、St14 IF鋼板 無間隙固溶原子 超低碳：0.01 添加Ti、Nb細化晶粒 牌號：St16、St17,一汽技術(shù)中心,普通強度鋼板及IF鋼板,7,Q/CA M-23.1冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第1部分：冷沖壓用冷軋鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,8,在IF鋼的基礎上，添加不同類型的強化元素(如固溶強化元素P、Mn、Si)和適當?shù)能堉乒に嚳刂疲ㄍㄟ^低溫大壓下量的熱軋過程和軋后立即進行加速冷卻，得到細晶的鐵素體，以及大壓下率冷軋和高溫退火，得到需要的織構(gòu)和高成形性能），使鋼材在保證良好塑性和沖壓性能的同時，擁有較高的強度。 滿足復雜形

3、狀轎車沖壓件性能要求。,一汽技術(shù)中心,高強度IF鋼板,9,利用磷在鋼中的固溶強化作用進行強化。磷的固溶強化作用很突出，相當于錳的10倍，硅的7倍。磷在增加強度的同時，延伸率降低很少，而且還具有較高的塑性應變比r值。 含磷鋼板可以用來沖制一些形狀比較復雜的汽車沖壓件。,一汽技術(shù)中心,含磷鋼板（P）,10,Q/CA M-23.2冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第2部分：含磷高強度冷軋鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,11,包括IF鋼烘烤硬化鋼板和低碳烘烤硬化鋼板兩種。主要側(cè)重于IF烘烤硬化板。特點是鋼板沖壓成形前具有較低的屈服強度，通過沖壓成形后的涂漆烘烤工藝使鋼板的屈服強度增加。BH鋼在具有良好的烘烤硬化性的同

4、時，還必須保證在一定時間內(nèi)具有常溫非時效性，通常用時效指數(shù)AI表示，如果AI值小于30MPa，可認為鋼板在3個月內(nèi)不會出現(xiàn)自然時效。 BH鋼可在不影響成形件形狀穩(wěn)定性的同時，提高鋼板的抗凹陷性，因此很適用于生產(chǎn)汽車外覆蓋件。,一汽技術(shù)中心,烘烤硬化鋼板（BH）,12,Q/CA M-23.3冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第3部分：烘烤硬化高強度冷軋鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,13,通過單一或復合添加鈮，鈦，釩等微合金元素，形成碳氮化合物粒子析出進行強化，同時通過微合金元素的細化晶粒作用，以獲得較高的強度。 主要特點：屈強比高。強度級別按照屈服強度可分為260、300、340、380和420、460、50

5、0MPa。 低合金高強度鋼主要用于汽車結(jié)構(gòu)件、加強件，主要在歐洲系列車型上使用較多。,一汽技術(shù)中心,低合金高強度鋼板（HSLA）,14,Q/CA M-23.4冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第4部分：高屈服強度冷軋鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,15,一汽技術(shù)中心,碳素結(jié)構(gòu)鋼板,Q/CA M-23.5冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第5部分：載貨車廂用冷軋鋼板及鋼帶,16,Q/CA M-23.7冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第7部分：冷軋高強度鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,碳素結(jié)構(gòu)鋼板,17,各向同性鋼屬于低碳微合金鋼，該鋼特點為具有很低的平面各向性即r趨于零（一般在-0.15+0.15 之間）、高強度、高n值和成形性能好等

6、。強度級別按照屈服強度可分為220、250、260、280和300MPa。 各向同性鋼主要用于汽車外板，主要在歐洲系列車型上使用較多，日系汽車很少使用。,一汽技術(shù)中心,各向同性鋼板（IS）,18,DP鋼是以Si、Mn為主要合金成分的低成本鋼材。在連續(xù)退火過程中，首先加熱到760830的鐵素體奧氏體兩相區(qū)，使其組織為一定比例的鐵素體和奧氏體。此時令鋼材淬火到馬氏體點以下，則奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導致所謂的“雙相組織”。DP鋼基體為軟的鐵素體，在其上分布硬質(zhì)的馬氏體，兩者分別確定材料的低的屈服強度和高的抗拉強度。 DP鋼比傳統(tǒng)的高強鋼有更高的初始加工硬化率，所以有很低的屈強比，可以得到很大的延伸。D

7、P鋼中固溶較多的C，所以也是一種烘烤硬化鋼，在經(jīng)過烘烤涂漆后，屈服強度提高約100MPa。,一汽技術(shù)中心,雙相鋼（Dual-Phase簡稱DP）,19,一汽技術(shù)中心,DP鋼在車輛沖撞的高速變形中，表現(xiàn)出比普通高強鋼更高的強度，所以具有更大的沖擊能吸收能力，有利于提高車輛的安全性。主要組織是鐵素體和馬氏體，其中馬氏體的含量在550，隨著馬氏體含量的增加強度線性增加，強度范圍為5001200MPa。 雙相鋼還具有低的屈強比、高的加工硬化指數(shù)、高的烘烤硬化性能、沒有屈服延伸和室溫時效等特點。一般用于需高強度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也較嚴格的汽車零件，如車輪、保險杠、懸掛系統(tǒng)及其加強件等，隨著鋼種

8、性能和成形技術(shù)的進步，DP鋼也開始用于汽車的內(nèi)外板零件。,雙相鋼,20,Q/CA M-23.8冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第8部分：冷軋雙相鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,21,TRIP鋼是近10多年才商業(yè)化開發(fā)的鋼種，主要成分是C、Si和Mn，包括熱軋、冷軋、電鍍和熱鍍鋅產(chǎn)品。主要組織是鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體，其中殘余奧氏體的含量在515，強度范圍為600800MPa。 TRIP鋼具有高延伸率的本質(zhì)是應變誘發(fā)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同時相變引起的體積膨脹伴隨著局部加工硬化指數(shù)增加，使得變形很難集中在局部區(qū)域。同DP鋼相比，TRIP鋼的起始加工硬化指數(shù)小于DP鋼，但是TRIP鋼的加工硬化指數(shù)在很長的

9、應變范圍內(nèi)仍保持較高，特別適合要求具有高脹形性能的情況。,一汽技術(shù)中心,相變誘導塑性鋼（Transformation Induced Plastic 簡稱TRIP）,22,Q/CA M-23.9冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第9部分：相變誘導塑性冷軋鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,23,復相鋼鋼同TRIP鋼的冷卻模式類似，但是需要對化學成分進行調(diào)整以形成強化馬氏體和貝氏體的析出相，強度范圍為8001000MPa。其組織特點是細小的鐵素體和高比例的硬相（馬氏體、貝氏體），而且通過析出強化而得到進一步的強化，含有Nb、Ti等元素，具有高的沖擊能量吸收能力和好的擴孔性能。 適合于車門防撞桿、保險杠和B立柱等安全

10、零件。,一汽技術(shù)中心,復相鋼（Complex Phase 簡稱CP，Multiphase）,24,鋼的顯微組織幾乎全部為馬氏體組織，馬氏體鋼具有較高的抗拉強度。馬氏體鋼通常需進行回火處理以改善其塑性，使其在如此高的強度下，仍具有足夠的成形性能。 鋼種強度在800-1500Mpa。,一汽技術(shù)中心,馬氏體鋼（Martensitic Steels 簡稱CP）,25,所謂TWIP，意即孿晶誘導塑性。TWIP鋼是以Fe、Mn為主的純奧氏體碳鋼，采用Mn可以擴大奧氏體相區(qū)，添加C不僅可以穩(wěn)定奧氏體，而且可以利用C固溶強化奧氏體。通過控制Mn（1724）和C(0.50.7%)的含量，可以得到最好的力學性能。

11、 TWIP鋼的最大特點是強塑積高，可以達到50000Mpa%，為TRIP鋼的2倍以上。TWIP鋼可以象DDQ級沖壓板一樣，沖壓出復雜形狀零件，但強度卻要高出25倍；其抗拉強度與熱處理鋼相當，而塑性卻較熱處理鋼高10倍以上。,一汽技術(shù)中心,TWIP鋼（TWinning Induced Plasticity，簡稱TWIP）,26,TWIP鋼的塑性變形的主要機制是位錯滑移。在變形過程中，非常細的孿晶在晶內(nèi)發(fā)生，孿晶界和晶粒邊界均成為位錯滑移的壁壘，這會導致非常劇烈的加工硬化，其瞬時硬化率能保持較高的水平（0.45）。這會抑制縮頸的發(fā)生，從而導致TWIP鋼非常強的加工硬化能力和非常大的延伸率。這種性能

12、即使在高應變速率下仍然保持著，因而在撞擊等高應變過程中，可以保證汽車非常高的安全性。,一汽技術(shù)中心,TWIP鋼,27,隨著強度的提高，鋼板成形性能總體上呈下降趨勢，形狀凍結(jié)性變差，成形難度加大。同時材料成形力也增加，造成成形負荷增大，工具、模具的磨損和損壞嚴重。所以，近年開發(fā)了材料的熱沖后進行熱處理的新技術(shù)，以滿足用戶對進一步提高強度的迫切要求。這種技術(shù)應用于可以熱處理強化的鋼板，例如含B鋼板，將其加熱到900左右進行沖壓成形，大幅度降低了成形抗力，提高了材料的成形能力。沖成零件后，立即利用余熱進行淬火處理。目前處理后的抗拉強度可以達到1500Mpa左右。處理完的零件需進行噴丸處理，以去除氧化

13、鐵皮，改善表面質(zhì)量。 近年來生產(chǎn)上普遍采用的是帶有Al-Si預涂層的鋼板，可以在熱沖壓前的加熱過程中避免氧化，熱沖壓后表面形成Fe-Al-Si合金化層，零件無須噴丸清理，可直接涂裝，并且零件的形狀精度較好。典型牌號有Mazda：SPHT-T ；Arcelor：Usibor 1500P 、22MnB5。,一汽技術(shù)中心,熱成形（熱處理）鋼板,28,Q/CA M-23.11冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第11部分：熱成形用冷軋鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,29,抗拉強度-延伸率坐標圖中TWIP鋼及熱成形鋼所處的位置,一汽技術(shù)中心,TWIP鋼及熱成形鋼,30,一汽技術(shù)中心,一汽技術(shù)中心,轎車車身鋼板應用強度比例

14、,31,（Q/CA M-23）冷軋鋼板及鋼帶技術(shù)條件,第1部分：冷沖壓用鋼板及鋼帶； 第2部分：含磷高強度鋼板及鋼帶； 第3部分：烘烤硬化高強度鋼板及鋼帶； 第4部分：高屈服強度鋼板及鋼帶； 第5部分：載貨車廂用鋼板及鋼帶； 第6部分：冷軋低碳鋼板及鋼帶； 第7部分：冷軋高強度鋼板及鋼帶； 第8部分：冷軋雙相鋼板及鋼帶 第9部分：冷軋TRIP鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,32,鍍鋅鋼板：車身防腐 電鍍純鋅鋼板（EG）外板 熱浸鍍鋅鋼板（GI）內(nèi)板 合金化熱浸鍍鋅鋼板（GA）內(nèi)板。為提高抗腐蝕性、改善焊接性能，減少摩擦系數(shù) 為降低汽車成本，隨著GI板生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，逐步應用GI板替代EG板制造車身

15、外板,一汽技術(shù)中心,3 涂層鋼板（表面處理鋼板）,33,鍍鋁鋼板消聲器、排氣管 鍍鉛鋼板油箱 Sn-Zn鋼板油箱 Zn-Ni鋼板油箱,一汽技術(shù)中心,3 涂層鋼板,34,（Q/CA M-24）涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件,第1部分：電鍍鋅鋼板及鋼帶； 第2部分：熱鍍鋅鋼板及鋼帶； 第3部分：鍍鋁鋼板及鋼帶； 第4部分：烘烤硬化熱鍍鋅鋼板及鋼帶； 第5部分：高強度電鍍鋅鋼板及鋼帶； 第6部分：高強度熱鍍鋅鋼板及鋼帶； 第7部分：高屈服強度熱鍍鋅鋼板及鋼帶； 第8部分：熱浸鍍鉛錫鋼板及鋼帶 ； 第9部分：熱浸鍍鋅鋁鋼板及鋼帶； 第10部分：熱浸鍍鋅鎂鋁鋼板及鋼帶； 第11部分：含磷高強度熱鍍鋅鋼板及鋼帶,

16、一汽技術(shù)中心,35,Q/CA M-24.1涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第1部分：電鍍鋅鋼板及鋼帶技術(shù)條件,一汽技術(shù)中心,36,Q/CA M-24.2涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第2部分：熱鍍鋅鋼板及鋼帶技術(shù)條件,一汽技術(shù)中心,37,Q/CA M-24.3涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第3部分：鍍鋁鋼板及鋼帶技術(shù)條件,一汽技術(shù)中心,38,Q/CA M-24.4涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第4部分：烘烤硬化熱鍍鋅鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,39,Q/CA M-24.5涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第5部分：高強度電鍍鋅鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,40,Q/CA M-24.6涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第6部分：高強度熱鍍鋅鋼板及

17、鋼帶,一汽技術(shù)中心,41,Q/CA M-24.7涂層鋼板及鋼帶技術(shù)條件 第7部分：高屈服強度熱鍍鋅鋼板及鋼帶,一汽技術(shù)中心,42,產(chǎn)品圖樣中材料的標注應符合CA/ CBW-6-2013的規(guī)定。 示例：1mm厚St14應標注為：,鋼板圖樣標注,一汽技術(shù)中心,43,零件成形類別與薄板性能指標,屈服強度、抗拉強度、延伸率、杯突值 r值、n值,一汽技術(shù)中心,鋼板常規(guī)性能,44,彎曲性能（熱軋厚板） 拉深(Swift)試驗 錐杯(C.C.V)試驗 擴孔(K.W.I)試驗 凸耳試驗 剛模脹形試驗（配合網(wǎng)格應變測量系統(tǒng)及具體零件FLCFLD試驗）,一汽技術(shù)中心,鋼板其他性能（成形性能）,45,左前翼子板 零

18、件應變分析圖,一汽技術(shù)中心,FLCFLD,46,表面形貌（表面毛化形貌）： 噴砂毛化、電火花毛化 、激光毛化 表面毛化形貌也影響涂漆質(zhì)量 鍍層板表面處理方式（EGGIGA無機膜) 沖壓模具的結(jié)構(gòu)、制造質(zhì)量、使用過程中的修磨，模具硬度、粗糙度、沖壓過程中模具溫度變化等 鋼板表面潤滑,一汽技術(shù)中心,影響鋼板成形性其它因素,47,噴丸毛化板 激光毛化板,一汽技術(shù)中心,鋼板表面形貌,48,焊接性能 防腐試驗 回彈性能 抗凹性能 T剝離強度、抗剪切粘接強度 粗糙度Ra 波紋度Wca,一汽技術(shù)中心,鋼板工藝性能（其它性能）,49,一汽技術(shù)中心,4 特種鋼板,減振鋼板、輕質(zhì)鋼板（三明治） 彈簧鋼板 激光拼焊

19、板 不等厚鋼板,50,Q/CA M-25減振復合鋼板技術(shù)條件,一汽技術(shù)中心,51,一汽技術(shù)中心,彈簧鋼板,典型鋼種：65Mn、60Si2Mn、70 YB/T 5058-2005 彈簧鋼、工具鋼冷軋鋼帶 Q /CAYT-3-2005 薄小彈性零件熱處理技術(shù)條件 硬度: 399HV1-478HV1 YB/T-5063-2007 熱處理彈簧鋼帶,52,一汽技術(shù)中心,激光拼焊鋼板（TWB),Q/CAYJ-60 激光拼焊板料的焊接質(zhì)量要求,53,一汽技術(shù)中心,不等厚鋼板（TRB),54,一汽技術(shù)中心,5 鋼管,直縫電焊管 冷拔無縫鋼管 高頻焊 激光焊 圓形 異形,55,一汽技術(shù)中心,焊管 用鋼板或鋼帶經(jīng)

20、卷曲成型后焊接制成的鋼管。焊后可進行冷、熱加工。一汽標準為Q/CAM-19.2。常用牌號為10鋼、20鋼、Q235、Q345等。,56,一汽技術(shù)中心,焊管異型管（冷彎型鋼） 冷加工變形的冷軋或熱軋鋼板和鋼帶，在連續(xù)輥式冷彎機組上成型，并通過高頻焊機焊接而成的鋼管，一般以冷加工狀態(tài)交貨。一汽標準為Q/CAM-19.5。 常用牌號為Q235、Q345、Q390等,57,一汽技術(shù)中心,無縫管 鋼管通過熱軋（擠壓、擴）或冷拔（軋）無縫方法制造。冷拔（軋）鋼管通常需要熱處理后方可交貨。一汽標準為Q/CAM-20.1。常用牌號為10鋼、20鋼、Q235、Q345等。,58,一汽技術(shù)中心,無縫異型管（冷拔異

21、型管） 由無縫鋼管經(jīng)冷拔制造。常用牌號為10鋼、20鋼、Q235、Q345等。,59,一汽技術(shù)中心,其它特殊用管 傳動軸用電焊管(Q/CAM-19.1) 雙層卷焊管（Q/CAM-19.3） 半軸套管（Q/CAM-20.2） ,60,一汽技術(shù)中心,鋼管的圖紙標注,直徑30mm，壁厚2mm的20鋼管焊管：,邊長30mm，壁厚2mm的St44方管焊管：,61,鋁合金基本性能與特性 鋁合金產(chǎn)品分類 鋁合金牌號、狀態(tài)、標準 鋁合金板材典型應用 鋁合金型材典型應用 乘用車用鋁 商用車用鋁 汽車用鋁存在問題,一汽技術(shù)中心,6 有色金屬 鋁合金,62,一汽技術(shù)中心,鋁的工藝性能,63,熔點低熔煉、鑄造、加工比

22、較容易。 密度小2.7103，約為鋼鐵的密度1/3。 可強化純鋁強度不高，冷加工硬化能使強度提高一倍以上，同時塑性變低。可通過添加各種元素合金化（變成鋁合金），使其強度提高，塑性下降不太大。有的鋁合金還可通過熱處理進一步強化，其比強度可與優(yōu)質(zhì)合金鋼媲美。 塑性好，易加工可軋制成板、帶和箔材，拉制成管材和細絲，擠壓成各種型材，鍛造成各種零件，可進行車、銑、鏜、刨等機械加工。無低溫脆性。 抗腐蝕鋁表面上極易生成致密而牢固的氧化鋁（Al2O3）薄膜，而且被破壞后會立即生成，保護鋁不被腐蝕。因此，鋁可在大氣、普通水、多數(shù)酸和有機物中使用。 導熱、導電性好鋁的導熱、導電性僅次于金、銀和銅。,一汽技術(shù)中心

23、,鋁合金特性,64,一汽技術(shù)中心,鋁及鋁合金 產(chǎn)品及加工處理工藝分類,工業(yè)純鋁 鑄造鋁合金，壓鑄鋁合金 變形鋁合金,軋制 板、帶、箔 擠壓 型材、棒材、管材 拉制 鍛造,65,一汽技術(shù)中心,鋁合金相圖,I 變形鋁合金 II 鑄造鋁合金 1 工業(yè)純鋁 2 熱處理不可強化鋁合金 3熱處理可強化鋁合金,66,一汽技術(shù)中心,變形鋁及鋁合金牌號 GB/T 16474-1996,67,一汽技術(shù)中心,68,一汽技術(shù)中心,常用鋁合金板材,69,一汽技術(shù)中心,鋁合金板材典型應用,70,一汽技術(shù)中心,覆蓋件常用6XXX系鋁合金,71,一汽技術(shù)中心,常用鋁合金型材,72,一汽技術(shù)中心,鋁合金型材典型應用,73,一汽

24、技術(shù)中心,乘用車用鋁合金,車身 全鋁車身 奧迪、新奔馳SL、捷豹等 白車身 四門兩蓋、翼子板 儀表板骨架 保險杠骨架 座椅骨架 底盤 副車架 輪轂 動力系統(tǒng) 熱交換系統(tǒng),74,一汽技術(shù)中心,75,一汽技術(shù)中心,商用車用鋁合金,城市客車 消防車 廂式貨車 自卸車 主要結(jié)構(gòu) 鋁合金框架 鋁合金蒙皮 散熱器 輪轂 油箱 儲氣筒,76,一汽技術(shù)中心,77,一汽技術(shù)中心,國內(nèi)全鋁客車開發(fā) 宇通 比亞迪 湖南晟通集團,78,一汽技術(shù)中心,車用鋁合金涉及問題,79,一汽技術(shù)中心,鋁合金在圖紙上的標注,鋁合金板材標注示例 5052-O 板料2.0 GB/T 3880.1 鋁合金型材標準示例 6082-T4 G

25、B/T 6892 鋁合金管材標準示例 3003-O 管料 102.0 GB/T 6893,80,一汽技術(shù)中心,有色金屬 銅合金,密度純銅的密度約為8.9103kg/m3 導電、導熱性好所有金屬中，導電性僅次于銀、導熱性最好 摩擦系數(shù)小耐磨性能優(yōu)良，廣泛用于耐磨零件 加工性能好銅面心立方晶格，塑性好，易于加工成形。銅合金兼具高強度和高韌性,81,一汽技術(shù)中心,銅及銅合金 常見分類,工業(yè)純銅紫銅 包括普通純銅、無氧銅、脫氧銅等 銅-鋅合金黃銅應用最廣泛、最經(jīng)濟的銅合金 不含其它合金元素的黃銅普通黃銅 含有其它合金元素，依據(jù)第二合金元素命名，鉛黃銅、鋁黃銅等 銅-錫合金青銅（錫青銅）耐磨零件 銅-鋁合金鋁青銅 耐磨零件 銅-鎳合金白銅,82,一汽技術(shù)中心,83,一汽技術(shù)中心,銅合金在汽車上的應用,襯套（黃銅） 墊片（黃銅、青銅） 散熱器逐漸被鋁合金散熱器替代,84,一汽技術(shù)中心,銅合金標準,GB/T 5231 加工銅及銅合金化學成分和產(chǎn)品形狀 GB/T 11086 銅及銅合金術(shù)語 GB/T 2040 銅及銅合金板材 GB/T 2059 銅及銅合金帶材 GB/