汽车零部件用钢发展趋势概述

成本降低 ①加工工序的省略 ● 非调质钢 ● 精轧技术（剥皮省略） ① 加工成本的降低 ● B系冷锻齿轮钢 ● 粗大晶粒防止渗碳钢
5.汽车零部件用钢用高品质特钢的发展趋势 高品质齿轮钢的发展趋势
Cr-Ni-Mo系 重载车用齿轮钢 Cr-Ni-Mn系 中型车用齿轮钢 Mn-Cr-B系 节能型齿轮钢 新型节能高档 自动变速箱齿轮钢
b) 脱碳的影响； d）晶粒度的影响。
a) 省略调质热处理的材料与工艺研究；b) 省略退火热处理的材料与工艺研究； c) 省略回火热处理的材料与工艺研究；d）高温渗碳热处理的材料与工艺研究。
a）为定量评价疲劳极限,提出模型方案,area-2参数模型； b）成为疲劳断裂源点的非金属夹杂物,夹杂物与缺陷的等价性； c）夹杂物形状的影响；由夹杂物预测疲劳强度的离散； d）应用于铸造缺陷及其他材料缺陷；缺陷形状对疲劳寿命的影响； f）通过夹杂物、缺陷尺寸的极值统计法评价材料； g）晶粒直径问题； h）载荷形式对疲劳限的影响； i）氢对疲劳寿命的影响； k）超长疲劳寿命设计法
安全可靠性 降低噪声
高品质 汽车零部件用钢 发展方向
汽车的发展方向
节能 经济
社会的需求 汽车制造业的需求 ①地球环境的保护 ①成本降低 （LCA, 环境负荷物质） 制造成本的降低 ②汽车燃费的减少 ②品质的提高 （轻量化 ，混合动力） 安静，舒适性
环境对应 ①无铅易切削钢 ②低变形齿轮钢 （高精度-低噪音） ① 耐热·耐腐蚀钢 （燃烧高温化-NOX减
汽车零部件用钢发展趋势概述
宝钢特钢有限公司 顾文俊
2013年8月
1.摘要 2.汽车行业的发展趋势 3.汽车零部件用钢在汽车四大系统的应用环境 4.汽车行业发展对汽车零部件用钢的发展要求 5.汽车零部件用钢用高品质特钢的发展趋势 6.结论
1.摘要
本文重点阐述随着全球汽车工业的发展，正积极寻求减轻汽车自重的 方法和途径,汽车工业用来减轻自重的先进的高品质汽车零部件用钢,汽
MnCr、 CrNiMo、CrMo、CrNi、CrMnTi
MnCr、 CrNiMo、CrMo、CrNi、CrMnTi
• 变速箱
（齿轮钢为主）
内星轮 外 星 轮 • 传动轴
（传动轴用钢）
轴套
• 万向节
变速和 传动系统
实 轴 保持架
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
转向机
齿条、齿轮、阀套、阀芯 （齿条钢为主）
1 研究高强韧 化的手段 2 研究阻碍高 强韧化的主 要因素 3 省略及优化 热处理的材 料与工艺研 究 4 研究评价疲 劳寿命的影 响因素 a）添加合金实现高强韧化； c）加工热处理实现高强韧化； a) 非金属夹杂物的影响； c) 腐蚀的影响；
措 施 途 径
b）改变热处理条件实现高强韧化； d）表面硬化处理实现高强韧化；
应 用 领 域
代表钢种： SCr420iH 代表钢种： 20CrMnTiH Cr系转向器 齿条用钢 Cr-Mn-Ti系 系列齿轮钢
Mn-Cr钢高档 轿车用齿轮钢 Cr-Mo系 轿车用齿轮钢 代表钢种： ZF7 代表钢种： 20MnCr5 代表钢种： SCM420H
代表钢种： SAE8620H 代表钢种： 20CrNiMnH
车的发展是朝着高功率输出、轻量化、高性能、长寿命、降低噪声、运
行平稳、安全可靠性、环保、节能性、经济低成本等方向发展。这些要 素在汽车所占的比重将越来越大,在汽车用特钢上将有一场新的变革,对
冶金行业带来新的挑战和机遇。
汽车的发展方向对汽车零部件用钢的发展提出更高的要求，汽车零部
件用钢是汽车的关键零件, 是保证汽车运行性能核心部件的制造材料。
传动轴
汽 车 零 部 件 用 钢
凸轮轴 气门弹簧 燃油喷射系统 曲轴 连杆 悬挂簧 转向机 轮毂及轴承 扭杆 稳定杆 标准件
悬 架 和 转 向 系 统 标 准 件
4.汽车行业发展对汽车零部件用钢的发展要求
汽车行业对材料的要求
高强韧性
汽车的发展方向
高功率输出 轻量化 降低噪声 安全可靠性 环保 节能 经济
Baidu Nhomakorabea
高 性 能 √ √ √ √
长 寿 命 √ √ √ √
易 加 工 √ √ √
低 噪 音 √ √ √ √
表 面 精 度 高 √ √ √ √
变速和传 动系统
齿轮箱 传动轴 凸轮轴 气门弹簧 燃油喷射系统 曲轴 连杆 悬挂簧 转向机
汽 车 零 部 件 用 钢
发动机 系统
√
√ √ √ √ √ √ √
√
√ √ √ √
针对汽车重要结构件的受力情况、失效模式和制造工艺提出的用材要求, 对于跨越冶金行业及汽车行业的高品质汽车零部件用特钢的研发与生产 十分重要。
1.摘要
★ 汽车零部件用钢应用在汽车内四大系统：
◇ 发动机系统用钢：
曲轴、连杆、凸轮等以非调质钢为主；燃油喷射系统以油泵油嘴用钢为主；阀门用钢以 弹簧钢、气阀钢为主。 ◇ 变速及传动系统用钢： ◇ 悬挂及转向系统用钢： 悬架簧、转向机、稳定杆、扭力杆等以弹簧钢为主；轮毂、轴承以轴承钢为主。 ◇ 标准件系统用钢：以紧固件用冷镦钢为主。 ★ 汽车零部件用特钢：高品质齿轮钢、高品质弹簧钢、高品质非调质钢、高品质轴 承钢、高品质气阀钢、高品质冷镦钢、高品质油泵油嘴用钢、高品质传动轴用钢等为代 表的特殊钢系列；产品技术质量发展方向是钢材高的强韧性、高纯净度、高均匀性、超 细晶粒度、高表面质量、长疲劳寿命。
产量（万辆）
2010
2011
增长速度（%）
2012
图1 2007年-2012年汽车产量及增长率
2013年我国汽车市场需求约在2080万辆左右,增长率7%。 预计2015年汽车总量将达到 2350万辆，2020年汽车总量将达到2500万辆。
2.汽车行业的发展趋势
图2 2012年我国汽车市场的分配比率
齿轮圈、齿毂、齿轮、齿轮轴以齿轮钢为主；传动轴，半轴、前轴等以传动轴用钢为主。
2.汽车行业的发展趋势
中国汽车行业产量及发展态势
2030 1830 1630 1430 1230 1030 830 630 430 230 30 49.4 60 50 30.1 934.51 1396.46 5.2 888.50 1816.87 1844.85 1.5 1927.12 4.5 40 30 20 10 0 -10 2007 2008 2009
对材料的要求
汽车传动系统材料在向高承载能力、高精度、高可靠性发展，因此 要求有高的纯洁度，稳定的窄淬透性带和均匀细小的晶粒度，同时 要求材料还要有良好的加工性能（热加工性和切削性）。 高的弯曲疲劳寿命、扭转疲劳寿命、窄的淬透性带宽和均匀细小的 晶粒度。 高精度、高可靠性 高强度、长寿命、减震性好，对弹簧钢的化学成分、夹杂物数量和 形态分布、表面质量、脱碳层、显微组织及力学性能等要求较高 高纯净度、高耐磨性、冷、热加工性能、高均匀性、抗回火稳定性 及高接触疲劳寿命。 高的弯曲疲劳寿命、扭转疲劳寿命、高冲击性能、高强韧性。 高的弯曲疲劳寿命、撑断连杆要有高的撑断性能。 高强度、长寿命、减震性好，对弹簧钢的化学成分、夹杂物数量和 形态分布、表面质量、脱碳层、显微组织及力学性能等要求较高。 高接触疲劳寿命、高抗折性能，高弯曲疲劳寿命，淬透性、工艺性 能优良。
汽 车
零
部 件
悬 架 用 和 转 向 钢 系 统 标 准 件
转动、摩擦 减少车架振动、提高行驶 稳定性、改善行驶平顺性
高可靠性、高接触疲劳寿命 疲劳寿命大于150万次，弹性退减（蠕变）小于0.5° 高的扭转疲劳寿命，高抗扭性。 高抗拉性能、高抗折性能、高冷镦性能、高表面质量。
稳定杆
标准件
减少车架振动、提高行驶 稳定性、改善行驶平顺性
振动、摩擦、拉伸、冲击
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
应用系统要求 对材料的要求
高 强 度 √ √ √ √ 高 韧 性 √ √ √ √ 易 切 削 化 √ √ √ 高 尺 寸 精 度 √ √ √ √ 低 合 金 化 √ √ √ √ 环 境 友 好 √ √ √ √ √ 省 热 处 理
应用系统
轴承
轮毂轴承、传动轴承 （轴承钢为主）
悬架簧
（弹簧钢为主）
稳定杆、扭力杆
（弹簧钢为主）
悬架和转向系统
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
紧固件 (冷镦钢为主)
切削件 (易切削钢为主)
20MnTiB
SAE1215
10B21
SCM435 ML40Cr
Y12
Y15
标准件
1144
ML45Mn2
1117
应用系统
变 速 和 传 动 系 统 发 动 机 系 统 齿轮箱
用户使用工艺
下料-加热-模锻或精锻-齿坯加工-粗车-预处理（调制或正火）-半精车-滚齿-*渗碳、淬火、低 温回火-车削-磨齿-磁探伤-终检-油封入库（汽车齿轮目前也有用滚、剃的方式加工的）。 （*20CrMoH也可用碳氮共渗热处理，使变形量减小）。 A钢种：下料-加热-900±10℃精锻（模锻外星轮-正火）-精锻件已有内星轮球道-软加工-中频 淬火-硬加工（车削、磨）-零件磁粉探伤。 B钢种：：下料-直接车轴-加工花键-中频淬火-磨槽-表面磁粉探伤。 C钢种：下料-加热-穿管-软加工-渗碳、淬火、回火-软加工成保持架。 D钢种：工艺一：下料-加热-精锻内星轮-软加工-渗碳、淬火、回火-软加工。 工艺二：下料-球化退火-冷挤压-退火-冷挤压-渗碳、淬火、回火-软加工。 凸轮轴：正火材-直接加工车削制成凸轮轴-并进行感应淬火和低温回火-精磨。 1、冷卷工艺：拉拔-热处理（淬火和回火处理）-冷卷簧。 2、热卷工艺：拉拔―热卷簧―淬火和回火―表面处理。 磷皂化-冷挤压-车、镂、铰、磨-表面硬化处理-淬回火-冰冻处理-精加工-偶件插配。 锻造－（调质）－机加工－高频淬火－校直。 锻造－（涨断）－机加工－高频淬火－校直。 1、冷卷工艺：拉拔---热处理（淬火和回火处理）-----冷卷簧。 2、热卷工艺：拉拔―热卷簧―淬火和回火―表面处理。 E钢种：调质-切削-拉齿-表面感应硬化-精加工。 F钢种：调质-切削-铣齿-渗碳表面硬化-精加工。 G钢种：冷下料－电感应加热－锻造－抛丸－内表面渗碳－磨光。 H钢种：热下料－电感应加热－锻造－热处理－抛丸－切削－磨光。 表面感应加热淬火处理－回火－喷丸。 切削－调质－磨光。 镦打-淬火-回火-表面处理。
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
应用系统
变 速 和 传 动 系 统 齿轮箱 传动轴 凸轮轴 发 气门弹簧 动 机 系 燃油喷射系统 统 曲轴 连杆 悬挂簧 转向机 轮毂及轴承 扭杆
服役环境
齿轮承受较高的应力、摩擦力， 齿根承受交变弯曲应力和冲击 力 传动轴是连接汽车前轮和变速 器的传动部件，需承受较高的 机械力，是安全部件 凸轮用作发动机材料，需承受 较高的应力和冲击力 承受高频往复压缩运动 高频、高温、高压、摩擦、冲 击 动力输出部件，承受周期疲劳 动力输出部件，承受周期疲劳 承受高频往复压缩运动 振动、高速、扭矩力、摩擦、 高压、安全性能
5.汽车零部件用钢用高品质特钢的发展趋势
发动机系统 产品发展方向 高品质齿轮钢 高品质弹簧钢 高品质非调质钢 高品质冷镦用钢 高品质轴承钢 高品质气阀钢 高品质调质钢
轻量化 电动化 环保 变速与传动系统 悬架与转向系统 标准件系统
汽车四大系统
技术质量发展方向 高纯净化 高强韧性 高均匀化 高表面质量 超细晶化 长疲劳寿命
汽车行业应用系统要求
轻量化、高性能 长寿命、运行平稳 低噪音、安全性 节能性、低成本 易加工、多品种 提高效率减少CO2排放
易切削化
高尺寸精度 低合金化 环境友好 省略热处理
汽车行业的发展方向
4.汽车行业发展对汽车零部件用钢的发展要求
跨越钢铁行业与汽车行业的汽车零部件用钢材料共性技术发展趋势
序 共性技术 号 发展趋势
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
气阀
气门簧、阀门 （弹簧钢、气阀钢为主）
曲轴连杆
曲轴、连杆、活塞销 （非调质钢为主）
凸轮
凸轮轴 （非调质钢为主）
燃油喷射系统
火花塞、油嘴
发动机系统
（油泵油嘴用钢为主）
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境
齿轮 齿轮轴
√
√ √ √ √ √ √
√
√ √ √ √ √
√
√
√ √
√
√
√ √
√
√
√ √
√
√ √ √ √ √ √
√
√ √ √
√ √ √ √
√ √ √ √ √
√ √ √ √ √ √ √
√ √
√ √
悬架和转 向系统
轮毂及轴承
扭杆 稳定杆 标准件
√
√ √ √
√
√ √ √
√
√
标准件
√
√
√
√
3.汽车零部件用钢在汽车四大系统应用环境