用钢材减重并提高强度

50市场论坛轻型汽车技术2019（4-5）
用钢材减重并提咼强度
比鸣编译
新的第三代先进高强钢及钢材聚合板材可大幅减重并对铝材生意造成一定冲击。

----林赛.布鲁克
汽车行业日益增长的对复合材料车身结构的使用及随之而来的技术为钢铁行业的价值构成铺就了新的途径。

整车厂愿付常规碳素钢三倍的价钱来获取能在确保碰撞安全性及整体耐久性前提下减重的新材料。

AK钢铁公司主管研发及创新的副总裁艾里克•彼得森说,使用不同金属的趋势正冲破技术藩篱并为汽车设计师拓展出全新的空间。

福特将从2015年起对F系列皮卡及大型运动工具车改用铝质强化结构从而在汽车设计领域掀起新一轮钢材用途的创新。

其影响堪比八十年代工程塑料在车身板材上对钢材的冲击。

2000年以来，钢铁行业的汽车专用合金钢的种类翻了一倍，达两百种之多。

后续还有更多的中高猛合金及所带来的机遇。

目前在用的新型高强钢及先进高强钢（HSS 及AHSS）合金加上2020-22年将出现的第三代产品使技术人员得以对零部件减重并对总成件强化。

这些及其它的一些新进展，包括材料科学公司的灵巧钢材产品（见后文）使车身技术人员与常规的低碳钢相比得以减重30%。

尽管价格不菲，包括某些应用及高成本工艺如热成型，新型车用钢仍有望在成本上击败铝材。

［与铝材相对的］成本优势取决于整车厂是对二代做出修改还是直接采用三代设计-二代仅限小型化，而三代则是跨越到新的外型。

三代钢强度
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更高、可塑性更佳且更易于小型化及强化。

钢铁行业的持续创新使钢材得以保持车身结构主材的地位oDucker Worldwide的材料分析师指出，它占到整车重量构成的55%：其中36%为低碳钢板，13%为高强/淬硬钢,6%为先进高强钢,1%为超高强钢。

相比较而言,铝只占11%O
在密歇根举行的2018年钢铁设计大会上，行业经理们指出，过去的十二个月中，在北美各主要车展上，共有63款钢强化新车型亮相-从本田雅阁及特斯拉三型到公羊1500及雪佛兰索莱德。

在会上，获得SPE奖项的塑料工程师向《汽车工程》表示,钢铁行业从未减慢它竞争的步伐,这就是为什么在钢铁行业的会场能发现塑料从业人员的原因。

•新的三代先进高强钢
轻量化钢的实例之一就是两种AK钢铁公司的NexmetTM系列钢材。

_种是用于封闭结构及其它A级表面的低碳可淬硬合金Nexmet440EX,它在提高抗磕碰性的同时可提供高强度及可塑性。

彼得森说，有了440EX,我们就能在封闭件上与铝材一决雌雄。

从合金的前景看，你很难在A级表面应用上取得强度水平上的突破。

而440EX使用户得以小型化-约减薄0.5mm。

由此在现有的淬硬A级产品上减重20%o
另一种Nexmet系列1000及1200是用于白车身的三代先进高强钢。

自2017年投入使用以来,这些合金助力了小型化并为三代零部件外型修改提供了可能。

这两种材料目前均进入了客户试用阶段。

AK钢铁公司去年并购了精密伙伴公司从而得以在整车厂认可及试冲前就冲压其新产品。

彼得森说，我们研究了使用Nexmet440EX, 1000及1200的皮卡前端并使其减重30%,还使Nexmet1200的整体可塑性与双相590先进高强钢相当。

这种可能性在冷热成型工艺下均可实现,而客户可将热成型件改为冷成型的Nexmet产品。

这有助于降本并为设计提供了机遇。

堪称车身设计及灵巧材料应用典范的本田最新款
奥德赛高强钢用量。

AK钢铁公司的高级高强度钢产品对比
NEXMET
1000
NEXMET
1200屈服强度(MPa)均值7101090
抗张强度(MPa)均值9901210
拉延强度(%)均值2215
孔膨胀强度(%)均值2231 AK钢铁公司新型三代Nexmet1000及1200合金使高强度下的可塑性得以大幅提高。

其金相结构含高强度、拉伸性及膨胀性的马氏体、贝氏体及奥氏体。

•钢材正变得日益灵巧
除了各种新型合金还有被专家们称为混合钢材的塑钢板材也用于减重。

材料科学公司的新型灵巧钢材将现身三大洲的2019款,其采用的技术与该公司以声学技术打造的宁静钢材相似，该产品2003年以来曾使多款车型驾驶室噪声降低五分贝。

宁静钢材将一层0.02mm(0.00078英寸)的弹性聚合物垫板夹在两层冲压钢板之间。

这种材料被点焊在底板中空孔道、仪表板及白车身上。

通过板材相互间的微动摩擦降噪。

除声学属性外，宁静钢材还通过取代各种NVH的减振块而达到减重的目的。

主管工程方案的副总裁迈特•墨菲在材料科学公司位于密歇根坎顿的技术中心表示，材料科学公司技术人员借助宁静钢材制成了灵巧钢材。

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墨菲说，与在宁静钢材中使用的轻薄弹性夹
层不同，灵巧钢材中的聚合物是挤压成型的。

取四
到五个聚合物料块,其中一个含钢质纤维,通过我 们的配方，滚压成与钢板等宽的卷板。

然后再将其 与钢板滚压成一体。

在白车身件中，灵巧钢材的聚合物内芯厚度
0.38mm (0.015英寸)，而宁静钢材内芯厚度 0.02mm (材料科学公司的宁静铝材内芯厚度
0.025mm)。

外层钢质板材极薄且可塑性极强-与
冷挤压成型件相似。

灵巧钢材是用于车身的单层钢板的替代产 品。

适用外覆盖件、顶板、底板及支架，但不能替代
用于横梁、B 柱及摆臂的高强马氏体或1180双相 合金。

其在白车身的应用特别是作为皮卡保险杠吸 引了多家整车厂的关注。

通过替代皮卡的镀锯保
险杠可将其重量从35磅减到25磅。

汽车工程学 会的模拟碰撞结果相当好。

材料科学公司正与成
型模拟软件供货商合作开发与灵巧钢材模型回弹 余量及其它特性相关的新技术以将制模与制装相 接合。

材料科学公司已因在2019款采用灵巧钢材 而从整车厂获得多个车型奖项。

现正为车身上层 件开模并对生产件的批准程序(P-PPAP)展开评 估。

最酷的是灵巧钢材能用现有夹具点焊在车身 上。

这也是最为关键之处。

当工程界为减重仅对铝
材情有独钟之时，随之而来的就是改变供应链并 在车间里增加工艺。

有了灵巧钢材,就无须修改单 层钢板用的冲模、直接点焊在车身上、电镀喷涂并
减重35%o
用材料科学公司新型灵巧钢材制成的底板分总成。

（编译 自《automotive engineering 》
）。