汽车用高强度钢板发展趋势-图文.

高强度钢板发展趋势

一百多年来, 钢铁一直是汽车工业的基础, 虽然汽车制造中塑料和铝镁合金的用量不断增加, 但钢铁材料仍是汽车用材的主体。选择低厚度的高强度钢板取代传统的低强度钢板是汽车轻量化的一个有效的方法。与铝、镁合金和复合材料相比较, 高强度钢板的原材料和制造成本较低, 使其在汽车新材料的应用中更加具有竞争力。

1. 高强度钢的定义、分类与特点

1.1 定义与分类

对于高强度钢和超高强度钢, 目前并没有一个统一的定义。有人认为抗拉强度超过 340MPa 的称为高强度钢。瑞典将钢板强度级别分为普通强度钢 (MS、高强度钢 (HS和超高强度钢 (EHS。

一般有两个分类的依据:屈服强度和抗拉强度。我们总结了目前对于高强度钢板分类的几种方法和依据,如表 5-7所示。

表 5-7高强度钢板的分类方法

ULSAB — A VC 联合会认为对钢种分类的规范化非常重要,按习惯定义屈服强度 (YS和抗拉强度 (TS,将钢种标记为 XX aaa/bbb。其中, XX 为钢种类型, aaa 为最低屈服强度 (MPa, bbb 为最低抗拉强度 (MPa。钢种的标志符号统一如下:

传统钢种:低碳钢、无间隙原子钢、各向同性钢、烘烤硬化钢、碳-锰钢、低合金高强度钢。

先进高强度钢钢种:双相钢、复相钢、相变诱发塑性钢、马氏体钢。例如,钢种DP500/800是指双相钢,其最低屈服强度为 500MPa ,最低抗拉强度为 800MPa 。按照 ULSAB 所采用的术语,将屈服强度为 210~550MPa 的钢定义为高强度钢 (HSS,屈服强度为 550MPa 的钢定义为超高强度锕 (UHSS, 而先进高强度钢 (AHSS的屈服强度覆盖于 HSS 和 UHSS 之间的强度范围。下图给出了钢板的分类情况及其屈服强度和延伸率的对应关系。

1.2 2、高烘烤硬化性能;

3、能量吸收率较高;

4、高的疲劳强度和长的疲劳寿命;

5、高的防撞和抗凹性能。

尽管高强度钢有上述诸多优点,但其在其使用过程中也存在一定的瓶颈问题。一是由于屈服强度高,增加了塑性变形的不均匀性,冲压成形性差,起皱、开裂、塑性变形不足等缺陷更难解决; 二是由于高强度钢板屈服强度高, 致使高强度钢板的冲压回弹量加大, 使零件的成形精度更加难以控制。有效地解决这两个瓶颈问题的

方法:一是传统的基于经验、类比的试冲和试做的方法。二是基于冲压仿真技术的高强度钢板冲压成形性改进和成形精度控制方法, 由于其快速反应和低成本日益成为板成形领域的研究热点。

IF –无间隙原子钢

LC –低碳钢

BH –烘烤硬化钢

HSLA –刚强低合金钢

DP –双相钢

FB –铁素体 -贝氏体钢

TRIP –相变诱导发塑性钢

MP –复相钢

2. 高强度钢板在汽车上的应用

目前, 国外汽车公司在相当比例的轿车零件上应用了高强度钢板, 日本五家最大的汽车公司轿车零件高强度钢板的应用比例 80年代为 15%, 90年代超过 30%,在本世纪初新开发的车型高强度钢板使用比例最高达 52%。图 5-2为欧洲和日本某汽车公司 1980~2000年高强度钢在白车身中的应用比例。由图可以看出,两家公司所采用的高强度钢均呈现逐年上升的变化趋势。

1994年,由世界主要钢板制造厂家支持的 ULSAB -A VC (Ultra Light Steel Auto Body -Advance Vehicle Concept 项目启动,该项目是从整体上研究和开发新一代钢铁材料的汽车结构车身。其更是把整个车身 90%的冲压件使用高强度钢板和超高强度钢板作为目标,通过使用高强钢 (HSS和先进高强钢 (AHSS,向人们展示了降低汽车重量的巨大潜力。 ULSAB 项目除了研究高强度钢板在汽车上的应用外还研究

了新的制造技术(如激光拼焊技术等 ,以便在汽车制造中灵活地使用高强度钢。下图为 ULSAB -A VC 项目组统计出的未来汽车材料的组成结构。

图 5-2 高强度钢在白车身中的比例

a 按屈服强度级别

b 按钢种

图 5-3 未来汽车材料的组成

在日本, 车身零件实际应用高强度钢板始于 20世纪 70年代。二次石油危机后, 高强度钢板的使用率越来越高。最早应用于车身外表件, 然后才用到内部零件和结构件。目前,日本悬架结构件和支撑件的抗拉强度已达 800~1000MPa。抗拉强度410MPa 的高强度钢板多用于内部件。日本 NKK 公司开发了汽车外壳用 45kg 级

高强度钢板,已在新车型上采用。该钢种是通过钢结晶微细化获得高强度的。日本川崎制钢公司最近开发了 TS980MPa 级高强度钢板 CHLY980。该公司对提高延伸率的金相组织进行了研究, 通过优化钢的成分、热轧和退火工艺, 生产出硬质低温

相变组织为第二相、铁素体为主相的复合组织钢板. 目前已应用于挡泥板、冲击

梁等高安全性要求的零件。日本神户制钢公司开发了双相组织的 590~780MPa 级

合金化热镀锌钢板和 590MPa 级残余奥氏体钢板。

在欧洲,高强度钢板也得到广泛的应用。德国的欧宝(Opel 、大众 (V olkswagen 、宝马(BMW ,法国的标致(Peugeot 等汽车厂家的产品都不同程度用上了高强度钢板。

图 5-4 某款 VOLVO 的材料构成示意图

上图为欧宝某型汽车的高强度钢的应用情况。围绕高强度钢板的研发也在不断地进行中,瑞典 SSAB 钢板有限公司开发出铁素体 +马氏体组织的特高强度冷轧薄钢板,其屈服强度达到 700MPa 。

目前,北美汽车工业和钢铁产业正在积极推进高强度钢 (HSS和超高强度钢(UHSS的研究与应用。并在 ULSAB 的基础上,积极推进 ULSAB — A VC 计划, 成为与铝、镁轻金属合金分庭抗礼的一大亮点。近几年在 PNGV 计划的驱动下, 高强度钢在北美汽车用材中得到迅速发展。高强度钢的应用已由 1997年 6%的比例上升到 2002年的 45%。预计在今后几年中将会得到更进一步的发展。北美

汽车零部件应用钢的趋势情况见表 5-8。

表 5-8 汽车零部件钢的应用趋势