有助于轻量化的汽车用钢板的开发现状与未来展望

有助于轻量化的汽车用钢板的开发现状与未来展望

1 前言

21世纪可以说是可以开发与环境共生技术的世纪。在环境问题当中最引人注目之一的是CO2的排放。贯穿汽车生涯的CO2的排放，有8~9成是在汽车行驶当中所排放出来的，降低燃耗可以对减少CO2排放量做出较大的贡献，这一点是众所周知的。为了减少CO2，在开发像混合动力车和燃料电池车那样的新动力和开发改善发动机燃烧效率技术等同时，车身轻量化也依然是一个重要的目标。

本文中，在介绍目的在于轻量化汽车用钢板的研究开发现状的同时，也提及到对未来的展望。

2 车用钢板

有关车身板的开发是在二个大的方面所被推进的。一个是满足外板板上所见的耐压痕性和耐面应变性两特性的钢板开发。再一个是为了确保空间，可以进行严格形状成形的超成形性钢板的开发。超成形性钢板在从轻量化的角度来看，寄予的希望较小，因此，在此不与涉及，请参考即报。

满足耐压痕性和耐面应变性两特点钢板的代表是BH（Bake Hardening）。BH 钢板在冲压加工时，YP低，容易进行冲压加工，根据成形后的涂装固化处理，成为YP变高的、合理的钢板。钢板的BH原理是，固溶C、N根据BH处理，转位固定，在转位动态中抵抗，提高屈服应力的现象。但是，该现象由于是即使在接近室温的较低温度下，如果经过一段时间后也会发生，因此，需要限定固溶C、N的上限，使其到进行冲压为止，不会明显产生该自然时效现象。如果产生自然时效的话，那么在冲压时就会出现在屈服点延伸（YP-El）中引起的被称之为拉伸应变（St-St）的条状表面缺陷，就不能保证作为汽车外板用的表面质量。原来的BH钢板，BH处理后的BH量的下限为30MPa，但是，在不出现St-St 的条件下，将BH量的下限提高到什么程度为好，这是现在所存在的课题。

在最近，开发了灵活利用了在常温下，Mo控制C的动态、在BH温度下其相互作用减弱、可以保证高BH量这种C与Mo相互作用的温度依赖性的新型BH钢板。图1所示的就是这种钢板，它控制了YP-El的发生，获得了较高的BH，

并获得了成功。将来的BH钢板目标是将下限提高到60MPa，比现有的BH钢板再降一半。

图1 涉及BH量--YP-El钢型的影响

但是，St-St的发生由于是在常温下，C运动，转位固定所造成的，因此，如果在冲压之前，由表皮光轧引入可动转位，就可以避免St-St。如果将来能够确立为了获得较高的BH，将含有大量固溶C的钢板，在表皮光轧之后，以短时间进行冲压加工SCM（Supply Chain Management）的话，那么就可以认为下限60MPa的BH量是可以比较容易实现的。

3 在中、高强度区域成形性好的构造用高强度钢

在选择材料时，根据部位的成形样式，如图2所示的那样来决定是应该适用于重视延伸性型、重视扩孔性型还是作为折衷的延伸-扩孔性平衡型的材料。这些特性如图3所示，根据材料的组织会受到很大的影响，因此，为了获得必要的

特性，组织的控制是很重要的。

图2 延伸-扩孔平衡的模式图

重视延伸性型的代表是，残留奥氏体钢（TRIP钢），在加工当中，钢板中残留着的奥氏体在加工诱发马氏体中变态（TRIP现象），变态部位被强化，变态不集中地推进邻接部分的变形，因此，提高了均匀延伸性，它是一种可以获得高延展性的钢。作为薄板所使用的TRIP钢，考虑到焊接性，以C量在0.2%以下的低炭素钢为基础，但是，在室温条件下使奥氏体残留的话，需要在奥氏体当中，使1%左右的C量浓化。为此，就需要在伴随铁素体、贝氏体变态的进行，将未变态的奥氏体中浓化了的C作为渗碳体而不被析出上下功夫，添加提高渗碳体自由能量的Si、Al等元素，以此来抑制渗碳体的析出。

延展性是根据残留奥氏体量于其中所含有的C浓度的增加来提高的，但是，添加的C量是一定的，如果奥氏体量多的话，其中的C浓度就下降，因此，奥氏体的量要适当，一般调整在从百分之几到百分之十几。

图3 涉及强度-延伸性平衡以及强度-扩孔性平衡的组织影响TRIP现象造成的变态量根据变形方式而有所不同，如图4所示，与承受收缩法兰成形的法兰部位相比，承受等2轴成形的壁部更容易引起加工诱发变态，因此，法兰部位的材料比较容易流入，壁部硬化的结果是TRIP钢不仅γ值低而且显示出出色的深拉深性。另外，TRIP现象在冲撞时的能量吸收和抑制疲劳时的龟裂传递方面也具有良好的效果，它被确认具有良好的冲撞安全性和疲劳特性，是一种有希望成为汽车构造用材料的钢板。

但是，TRIP钢是为了抑制前面所述那样渗碳体的析出，添加了Si，因此，退火时在表面生成Si系列的氧化物，造成热渗镀锌的浸湿性以及合金化的延迟，它作为电镀钢板的实用化较晚。但是，最近，用新的成分设计，控制钢板表面界

面反应，解决浸湿性以及合金化问题，并且，在此基础上确保了在热渗电镀工艺中难于保证的残余奥氏体量以及其中的C浓度这一方面获得了成功，开发出了在耐腐蚀方面具有良好表现的合金化镀锌TRIP钢。

图4 涉及由变形造成残留奥氏体量减少的成形样式的影响超过TRIP钢，作为高延伸性高强度钢的开发，对TWIP钢进行了研究。所谓的TWIP就是伴随加工诱发双晶的变形，原理是添加25%左右的Mn，使组织成为奥氏体的钢板在变形时，伴随双晶变形，加工硬化，与TRIP同样地提高均匀性。该钢板作为强度-延伸性平衡TS：900MPa-El：70%，可以期待它具有以前所没有的出色特性，但是，在制造性、成本、作为构造用材料的性能特性上还存在问题，这一点将会成为今后所需要解决的一个课题。

另外，在重视扩孔性的情况时，使用单相组织钢。在扩孔加工上所具有代表性的延伸法兰加工部位，大多是端面冲孔之后就进行加工。在冲孔破断面上产生有显微裂纹。一般来说，所谓的对延伸法兰加工性具有良好特性的材料就是破断面显微裂纹较浅的材料，较深显微裂纹的，会招致扩孔性显著的恶化。抑制较深显微裂纹生成的手段就是组织的均匀化。关于显微裂纹的生成部位，要多观察硬的相与软的相之间界面的软的一侧。也就是说，应该考虑到，如果硬的相与软的相的硬度差大的话，就会在软的一侧的界面附近引起应变的集中，容易发生较深