8汽车工业发展和汽车用钢-重

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Δr=(r0+r90-2r45)/2:一般在Δr趋近于0时,钢板的成形性较好, 并且壁厚减薄均匀,没有制耳。各向同性钢板可以控制Δr在 -0.2~+0.2之间,对成形性十分有利。
IS组织特点:铁素体 IS钢种类:冷轧和电镀锌:220、250、260、300MPa/YS
Dual Phase,双相钢
热镀锌层
美国和欧洲还制定了侧碰法规,FMV8S214和ECER95,中国已制定 实施了正碰法规,VDR294,并且基于对汽车侧碰已占31.6%的统计结 果,目前已制定了侧碰法规。
降低油耗排放需降低汽车重量、轻量化
而保证安全,满足正碰和侧碰则需增加汽车自重,二 者有机的统一,既轻量化又保证碰撞法规,则是采用高 强度材料制造车身。
0. 22 38
HSLA340 350 445 2.6 0.17 28
DP600 340 600
0.17 27
DP800 450 840
0.11 17
DP1000 720 100
0.06 11
TRIP600 380 631
0.23 34
TRIP800 470 820 0.6 0.23 28
国外一些钢铁公司开发的冷轧热镀锌双相钢及性能
HSS590 CR
DP699 GI
TRIP590 EG
DP800 GA
wenku.baidu.com326
356
431
412
428
462
UTS(Mpa)
412
462
441
608
666
605
839
TE(%)
35.8
29.0
28.1
24.5
23.2
32.0
17.9
UE(%)
20.4
16.3
15.8
15.1
15.3
22.6
12.3
n(6-12)
汽车用钢材可分两大类
一类为合金结构钢,用于制造发动机,传 动系统和变速箱与桥各零件,用于保证汽 车的运行和可靠性的; 二类为各类板材,直接与汽车车身的安全、 碰撞、减重、节能密切相关的。
汽车工业的发展,保有量增加,出现三大问题。
1、能耗增加,尤其石油消耗增加,我国石油进口已超过 80%以上,石油安全已是国内国外的重大问题; 2、排放增加,在燃煤耗治理之后,汽车排放已占大城市 大气污染份额的80%以上; 3、交通事故增加、安全问题增多。
缺口疲劳试验的正应力幅 s / 2 与至失效的循环次数2Nf关系曲线
HSS590,DP600,TRIP590和HSLA350的 s/ 2 与2Nf的关系曲线
高强度钢的疲劳性能
σ’f
ε’f
B
C
K’(Mpa)
n’
Endurance Limit, σ’e (Mpa) Endurance Limit, σ’n (Mpa) Kfat107 Reversals σc/σn σ’f—疲劳强度系数 b 疲劳强度指数 K’ 循环强度系数
公司 材料
DP450 DP500 法国 DP600 Sollac DP750 日本 DP600 NKK DP800 日本 DP600 Sumitomo DP500 美钢联 DP600 (USS) DP800
YS
TS YS/TS El.
(MPa) (MPa)
%
266
494 0.54 29.6
285
599 0.48 26.5
• 降低汽车造价
应用先进高强度强钢驱动力的说明
• 环境法规 • 安全法规 • 降低成本
减轻重量
应用高强度钢 应用高强度钢 应用高强度钢
目前汽车板车身用材及发展趋势
• 车身外板
镀层板:电镀锌板(EG) 电镀锌合金板(EGA) 热镀锌板(GI) 热镀锌合金板(GA) 冷轧板
规 格:0.65-1.00mm 钢 类:烘烤硬化板
深冲钢和IF钢(DQSK/IF) 烘烤硬化钢(BH) 固溶强化钢(HSS:C-Mn) 双相钢(DP) 相变诱发塑性钢(Trip) 强 度:340-550MPa 180-340MPa
超高强度钢
• 最小屈服强度800-1650MPa
通过合金化和控轧得到多项组织(双相钢、TRIP钢和复相钢) 这类钢有较高的延伸率、n值、延展成形性,但焊接有一定的困 难 热处理钢板(非涂层板、冷轧和热轧板) 连续退火板 成形后热处理钢板 回复退火板(保险杠增强体,侧边防冲柱) 淬火硬化板(侧边防冲柱) 马氏体级钢(门柱,侧边防冲柱)
保证汽车工业健康发展而制定了相关法规
燃油法规
美国燃油和排放法规已在逐步严格:克林顿执政时期提出了 PNGV计划, 气油耗3L车;欧美正在执行公司平均油耗法,欧洲提 出了关于机动车的二氧化碳排放物和燃油消耗量,以此引导用户 购车意向,日本制定了基于制造者改善货车和乘用车性能准则, 规定了车辆油耗的限制。
点焊件的疲劳
基体金属的显微组织与性能对点焊件的、劳性能影响较少 DP600和TRIP600比普通钢其点焊件的性能略好 影响点焊件疲劳的两个因素是板厚和点焊处的直径
先进高强度的应变疲劳特性
试验用钢的拉伸性能
Group1
Group2
Group3
BH300 GI
YS(Mpa)
309
440W GA
HSLA35 0 GI
0.19
0.18
0.13
0.17
0.16
0.20
0.13
试验用钢的工程应力应变曲线
试验用钢的真应力真应变曲线
试验用钢的应变—寿命曲线
同一产品DQSK三个冷轧盘卷的应变寿命曲线的变化
参量 E 与寿命的关系曲线
E 为缺口顶端的局部应力有关的材料,等价于有限元所确定的缺口顶端的弹性应力
几种钢HSS590,DP600,TRIP590与HSLA350的 E 对寿命曲线的比 较
热镀锌合金化: 500、600、700、800MPa
冷轧TRIP钢的生产原理
TRansformation Induced Plasticity,相变诱导塑性钢。 成分组织特点: 0.1C+1.4Mn+1.0Si, F+B+rA(5~15%)
TRIP钢种类:
热轧:600MPa、800MPa 冷轧和电镀锌:600MPa、800MPa
热镀锌:600MPa、800MPa
左图TRIP钢的残留奥氏体转变量和不同应力状态下的等效应力关系 右图伸拉延翻边受力示意图
各种类型先进高强度钢的真应力真应变曲线
先进高强度钢的应变硬化能力
先进高强度钢的应变硬化特性
先进高强度钢的成形极限曲线
双相钢的成形极限曲线
几种钢成形极限曲线的对比
几种钢的烘烤硬化特性对比
BH300 GI 549
0.969 -0.063 -0.614
530 0.097 193
120
1.61
440W GA 841 0.468
-0.105 -0.523
966 0.198 2.09
汽车用钢分两大类
汽车的各种性能即发动机的各种性能,传动系统多与 应用合金结构钢相关;需汽车车身轻量化则多与高强度 钢和先进高强度的应用密切相关。
先进高强度钢及其在汽车工业中的应用
• 应用先进高强度钢的驱动力 • 目前汽车板材的应用情况和未来趋势 • 先进汽车板材典型的力学性能 • 成形性能(应变应化和成形极限,回弹) • 碰撞性能 • 疲劳性能 • 应变速率敏感性
汽车工业的发展需要各种材料,钢铁、有色合金、 复合材料、不锈钢、电子材料、玻璃、摩阻材料、橡胶、 油漆等,但钢铁材料是汽车的主体材料,而对于卡车, 钢铁材料占85-90%;对于轿车则占65-75%;2002年产车330 万辆,汽车行业消耗钢材材料,为590万吨,钢板357万吨,
其中轿车110万辆;消耗钢材92万吨,钢板69万吨。
排放法规
排放法规日趋严格,欧洲93年欧Ⅰ,1997年欧Ⅱ,2000年实施欧Ⅲ, 2004年实施欧Ⅳ,美国93年制定了类同欧Ⅰ 的标准,同时提出了过 渡低排放汽车(TLEV)低排放汽车(LEV)和超低排放汽车(VLEV) 中国目前等效采用欧Ⅱ,即将在北京实施欧Ⅲ。
安全法规和安全技术进步很快
1997年美国高速公路局统计,在车辆碰撞中,正面碰撞占49%, 侧面碰撞占25%,追尾占22%,侧碰对人员伤害最甚。
增磷板 深冲板和IF板 强 度:150-300MPa
• 车身内板
涂层板:热镀锌板 热镀锌合金板
规 格:0.5-1.2mm 1.2-2.0mm(tailored blanks)
钢 类:IF钢,超IF钢 深冲板 增磷板
强 度:120-300MPa
• 车身内结构件
涂层板:热镀锌板
热镀锌合金板 规 格:0.8-2.5mm 钢 类:低合金高强度钢(HSLA)
组织:铁素体+马氏体 成分:Fe-C-Si-Mn
27/50 30/50 31/60
马氏体(白色)
基板
铁素体(黑色)
34/60
38/60
DP钢种类:
热轧:550、600、700、800、1000MPa
冷轧和电镀锌:500、600、700、800、1000、1200、1400MPa
热镀锌:500、600、700、800MPa
先进高强度钢的回弹
回弹的测量
机械性能对回弹的影响
冲压构件试验
• 生产的模具设计是对应于HSLA钢 • 不进行模具的变化适应于双相钢 • 双边拉延成槽状结构,随后用激光整理,最后重新冲压成最终零
件 • 同样的模具用于其它材料
冲压试验结果
冲压变形分布的有限元计算
冲压件回弹的测量
• 在离开中心137mm处的横截面处测量回弹 • 每种状态都是5个零件的平均值 • 回弹角是基于CMM数据的计算结果 • 初始的CAD数据用作几何零件的参考
各类高强度钢板TS和EL关系
先进高强度钢的典型的力学性能对比
钢类 Y.S. T.S. YPE n
T.E.
(Mpa) (Mpa) (%) (10%-UE) (%)
IF
150 300
0.24 46
DQSK 170 300
0.22 43
BH340 220 345
0.19 37
IF-rephos 220 345
1993年—2000年200万辆
2001年—2002年326万辆
2003年—
445万辆,轿车高达45.4%,比例亦较合理
2004年
540万辆,居全世界第三。
总体保有量已超过3000万辆
重庆长安公司产车64万辆,居全国第三位,同时有江西五十铃加盟,
并在河北、南京设立工厂。
汽车工业的发展需要各种材料尤其钢铁材料
汽车工业发展和先进的 汽车用钢
重庆汽车研究所
目前中国汽车工业已形成4大集团十二家重点企业的高 度集中的格局,总产量已占全国90%以上
四大集团为:一汽集团公司 东风集团公司 上汽集团公司 重庆长安集团公司
汽车产量增长情况
从53年建立一汽到2003年中国汽车工业
过了50年里程
今年已是52年里程
1953年—92年100万辆
0.211 55
0.198 49
0.182 47
0.138 101
0.19 0.15 0.12
IS钢的生产原理
微合金元素阻碍再结晶的进行,影响织构的发展, 最终形成有利于各向同性的织构类型
通过加入微合金元素获得细小的铁素体晶粒和弥散 强化效果,从而提高钢板强度
IS和IF及St14钢板的成型性比较
Isotropy,各向同性钢
321
627 0.51 25.7
390
766 0.51 17.4
320
620 0.52 31
430
810 0.53 22
329
587 0.56 28.6
300
500 0.6 27
340
600 0.57 25
500
800 0.63 16
U.El %
20.1 19.3 19.4 13.0
n
BH2
(MPa)
车身用板材的发展趋势
车身外板
烘烤硬化高强度钢 烘烤硬化双相钢
车身内板
BH 超IF钢和IF钢
车身结构件
高强度BH DP500/600
DP780/800 DP980/1000 Trip600-800 CP800-1000
先进高强度钢的优点
比较低的屈强比 构件有更好的疲劳特性 构件有更好的碰撞性能 具有更好的应变分布能力(应变应化能力) 具有更好的强度和延性的匹配(更理想的力学性能) 回弹变化很小 更多的规格减薄的机会
先进高强度钢应用的驱动力
• 必须满足各种各样的汽车安全碰撞法规,用更大的质量 来得到更大的安全(车辆做得更大,更多的安全装置和测 量系统—ABS,空气气囊)
• 降低排放和提高燃油经济性(必须满足各种排放和燃油 经济性法规:如美国的CAFE)
• 提高汽车的竞争能力(提高汽车性能,满足用户的各种要 求,包括提高操作性能和降低噪音等
成形零件的屈服强度的变化值
力学性能对试验构件冲压回弹的影响
先进高强度钢的压溃性能
压溃性能的测量方法和装置
压溃试验的试样和落锤装置
落锤试验装置
一些压溃试验结果
先进高强度钢的疲劳性能
基体材料的疲劳
先进高强度钢比普通高强度钢有更高的疲劳强度 在同样的抗拉强度下TRIP钢比非TRIP钢具有高得多的疲劳强度
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