高强钢板在汽车上应用

B：钢中加 入微量的 硼就可改 善钢的致 密性和热 轧性能， 提高强度。
汽车钢板主要性能指标

Modulus Of Elasticity弹性模量
Yield Strength屈服强度 Tensile Strength 抗拉强度
YS/TS ratio屈强比
Hardness 硬度 Elongation 延伸量
modulus of elasticity弹性模量
K
E、μ等
结构形态（N,B)
yield ratio 屈强比
汽车钢板主要性能指标
n value加工硬化指数
弹性-幂次强化模型
r Value塑性应变比率
GB/T 5027-2007 ISO 100113-2006
汽车钢板主要性能指标
产品 DP 280/600 DP 300/500 DP 350/600 DP 400/700 TRIP 450/800 DP 500/800 CP 700/800 DP 700/1000 Mart 950/1200 Mart 1250/1520 YS （MPa） 280 300 350 400 450 500 700 700 950 1250 UTS （MPa） 600 500 600 700 800 800 800 1000 1200 1520 总延伸量 （MPa） 30-34 30-34 24-30 19-25 26-32 14-20 10-15 12-17 5-7 4-6 n值a （5-15%） 0.21 0.16 0.14 0.14 0.24 0.14 0.13 0.09 0.07 0.065 r-bar 1.0 1.0 1.0 1.0 0.9 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9

用途
可用于需要极高强度的零件。
高强钢板在汽车上的应用-高强度固溶强化， 高强度低合金（HSLA）与高强度恢复退火热 轧
固溶高 强度钢
是将碳和锰，与磷或硅 （作为固溶强化剂）相结 合，加入普通低碳（0.020.13%碳）钢中。以满足 最低的改进可成型性和可 焊性要求。磷的含量被限 制在最多0.100%范围内。 硫的含量限制为最多 0.020%。
合金元素对钢板性能的影响
P：使钢的 强度、硬 度提高， 但在室温 下使钢的 塑性、硬 度降低 （冷脆）；
Mn：防止 形成FeO， 强化铁素 体，使组 织细化， 提高强度；
Si：改善 钢质，显 著提高强 Hale Waihona Puke Baidu和硬度， 但过高会 影响塑性 和韧性；
S： 使钢 在1100左 右的高温 下变形加 工时沿着 晶界开裂 （热裂）；
高强钢板在汽车上的应用- 孪晶诱发塑性钢 (TWIP)

成分
成分主要是Fe，15%～30%的Mn，加入一定量的Al和Si，加入少量的 Ni、V、Mo、Cu；

特点
TWIP钢的强度可以达到1000 MPa 以上，伸长率可达到60%～95 %。 使用时无外载荷，冷却到室温下的组织是稳定的残余奥氏体，但是如 果施加一定的外部载荷，由于应变诱导产生机械孪晶，会产生大的无 颈缩延伸，显示出非常优异的力学性能，具有较高的应变硬化率、塑 性和强度。

特点
高伸长率—本质是应变诱发残余奥氏体转变[量、温度、应变]为马氏 体，同时相变引起的体积膨胀伴随着局部加工硬化指数增加，使得变 形很难集中在局部区域，因此可以得到分散而均匀的变形，实现了强 度和塑性较好的统一，较好地解决了强度和塑性的矛盾。

用途
双相钢不能完成的复杂汽车零部件往往可以通过TRIP钢完成. 特别适合用于要求具有高碰撞吸收能的零件，如纵梁等。
HSS:屈服 强度、 210～ 软钢:屈服 550MPa 强度小于 210MPa
汽车钢板分类
汽车用低碳钢板(SAE J2339)

一般商业用（CQ） 冲压用（DQ） 深冲用（DDQ） 超深冲用（EDDQ）：非常高的n和r值，耐冲击性也不如 其它等级的钢(Interstitial-Free Steel).耐冲击性也不如其它 等级的钢。

用途
用于需高强度、高的抗碰撞吸收能且成型要求也较严格的汽车零件， 如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等，随着钢种性能和成型技术 的进步，DP钢也被用在汽车的内外板等零件上。
高强钢板在汽车上的应用-相变诱发塑性 (TRIP）

成分
主要成分是C、Si和Mn，其中Si的主要作用是抑制贝氏体转变时渗碳 体的析出。
高强钢板在汽车上的应用-相变诱发塑性 (TRIP）
双相钢却在5%应变之前就展示了快速的应变硬化能力。这一特点 使得应变可以在更大范围内的材料中被分散，并延迟了局部形变颈 缩的发生。 TRIP钢维持其n值的时间可以比其它等级的钢更长。即使其初始n值 比双相钢低一些，但它可以提高并维持在一个较高的应变范围内， 这就使TRIP在剧烈的拉伸条件下具有一定的优势。



Non-Bake Hardenable
原始屈服强度&成型中的加工硬化强度； 磷、锰和（或）硅等固溶强化元素被 加入其中，以增加强度。
高强钢板在汽车上的应用-双相（DP）

成分
主要成分是C和Mn，主要组织是铁素体和马氏体，其中马氏体在 5%～20%。

特点
强度范围为500～1200 Mpa。双相钢具有较高加工硬化速率（n值）， 能更好地分配塑性应变力并改进均匀延伸力。与拥有相似原始屈服强 度的普通高强度钢相比，双相钢的这种加工硬化速率能够产生更高的 极限抗张强度。当与普通高强度钢进行比较时，DP钢还可以表现出较 高的均匀和总延伸量以及较低的YS/TS比率。
汽车钢板分类
钢材描述 等级类型 现有的强度等级Mpa
耐冲击非烘烤硬化 钢 耐冲击烘烤硬化钢 高强度固溶强化钢 高强度低合金钢 高强度恢复退火钢 双相钢、复相钢 相变诱发塑性钢 马氏体钢
A B S X&Y R
180,210,250,280 180,210,250,280 300, 340 300, 340, 380, 420, 490, 550 490, 550, 700, 830 280、300、350、400、500、700 450 950、1250
减重
将本
提高 安全 性
汽车材料发展方向
乘客安全、车辆性能表现和燃料经济性等前所未有 的要求的新挑战。
交通运输行业出现的更多采用轻型材料的趋势，低 密度材料（如铝和镁）日益增长的使用趋势，
钢铁行业开发出更高强度的材料，保持甚至改进其 可成型性，在改进零件强度特性的同时，通过减小 钢板厚度来降低材料的重量。
汽车钢板主要性能要求

汽车板工艺性能要求
良好的成型性能（大件冲压流线型），良好的焊接性能， 良好的喷涂性（喷漆处理），高强性能（抵抗外力冲击）， 足够的抗凹陷性及刚度（吸收冲撞能量）。

汽车板表面质量要求
表面无缺陷，良好的表面清洁性，适当的粗糙度.

汽车板尺寸精度要求
汽车钢板分类
AHSS:屈 服强度大 于550 MPa
• • •
溶解于铁起固溶强化作用 形成碳化物，起第二相强化、硬化作用 使结构钢中珠光体增加，起强化的作用
合金元素对钢工艺性能的影响
• • • • •
对热处理的影响 对焊接性能的影响 ： 1.淬硬组织使处脆性增大，出现焊接裂纹； 2.合金元素容易被氧化形成氧化物夹杂，使焊接质量下降； 对锻造性能影响：塑性变形困难，脆性加大。
在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和 晶向(孪生方向)发生切变的变形过程称孪生。发生切变、位向改变的 这一部分晶体称为孪晶。
高强钢板在汽车上的应用-B steel（热成型钢 板）

成分
在零件机械冲压的同时完成热处理强化，热冲压用钢板的成分有特殊 的要求，其成分设计要适应热冲压过程中的热循环。 在C-Mn钢的基础上添加质量分数为(20～50)×10- 4%的硼，起到固 溶强化作用。

特点
含硼钢经过950℃左右单相奥氏体区的加热保温约4分钟后，当冷却速 度大于15 ℃/ s后，钢板的组织转变为全马氏体组织，其硬度为 HV450～500，热成型钢材加热前的抗拉强度已经为500-800MPa， 加热后强度达到1300～1600 Mpa。 处理完的零件要经过喷丸处理，以消除氧化铁皮，改善表面质量。
• 显著提高。
• 材料的耐久极限与抗张强度之间成正相关关系。出色的加工及烘烤硬化能力极大 地增加了AHSS部件的最终制造强度，这将导致更好的疲劳性能。 • 在动态负荷的场景中（比如说撞击），钢材表现出对应变速率的敏感性。较高的 能量吸收性应归因于高加工硬化速率和高流动应力，它们使应力分布更为均匀， 从而使更多的材料加入撞击时的能量吸收中。
高强钢板在汽车上的 应用
汽车材料概况 车用钢板分类
钢板性能指标
高强钢板应用
汽车材料概况
用量巨大： 24%钢铁， 58%橡胶 种类、规格 繁多
材料品质要求 高：高负荷、 恶环境；安全 性能要求高， 轻量化要求
汽车材料发展方向


汽车材料的发展方向 高强度 轻量化 高性价比 材料改型 易回收和可降解

主要部件： 车门防装梁 发罩外板、顶盖 主要部件： 保险装加强板 前纵梁后部 A、B、C柱 门槛 顶盖横梁
高强钢板在汽车上的应用-抗冲击 （Dent Resistant）


Bake Hardenable
碳、氮原子对由于形变诱发位错； 可成型性&实际应用中的高屈服强度； 在烤漆（一般在175°C ~350°C)温 度下持续20至30分钟），烘烤硬化钢 利用溶液中的碳，在烘漆循环中通过 碳应变老化来使强度提高； 可替代冲压厂中的冲压用薄板。用于 耐冲击和抗纹路的要求非常重要的地 方。
高强钢板在汽车上的应用
高强钢板在汽车上的应用
外覆盖件 HSSIF —高强度IF BH —烘烤硬化钢 IS —各向同性钢 LSSDP —低强度级别的双相钢 白车身 DP —双相钢 TRIP —相变诱发塑性钢 TWIP —孪晶诱发塑性钢; B steel —热冲压用钢
Work Hardening Exponent, n value加工硬化指数
应变硬化指数关系到金属拉伸成型的能力。
Plastic Strain Ratio, r Value塑性应变比率
塑性应变比率r是衡量金属拉伸时防止金属变薄的一项指 标。 杯凸比（IE） 烘烤强化指数（BH)

汽车钢板主要性能指标
HSLA 钢
将诸如钛、铌或钒之类的碳化物 形成元素加入普通低碳钢中。
恢复退 火钢
化学性质与上述类型的钢材类似， 只是进行了特殊的退火处理，以 防止冷轧钢中出现在结晶现象。 高强度恢复退火或应力消除退火 钢主要通过冷加工达到强化的目 的。
AHSS对零件性能的贡献！
刚性 强度 疲劳性能 耐撞性
• 改变钢材的等级并不能改变车辆的刚性;
冷轧 热轧
汽车钢板分类
How to achieved high strength?
• •
化学组成（合金） 特殊过程 (time and temperature control in rolling)
• 固溶强化：合金元素，阻止晶格滑移 • 加工强化：位错复杂、晶格破碎， 滑移困难
•高强度固溶强化钢
汽车材料发展方向
北美: ULSAB
PNGV计划(1994-2004) 轻 量化目标!! （Freedom CAR 2002）
欧洲：Super-Light-Car 国际钢铁协会： ULSAB-AVC轻质 高强度钢车身—先进车辆概念
开发出具有高度可成型性，又具 有出色的强度、耐久性、应变率 敏感性与应变硬化结合能力的新 型高强度钢（AHSS）。帮助汽车 设计师同时实现减轻重量和改进 撞击安全性的目标。
什么是钢？
• • •
GB/T 13304－91：“以铁为主要成份、含碳量一般在2% 以下，并含有其他元素的材料。” 分类： 高碳钢：含碳量>0.6% 中碳钢：含碳量0.25%～0．6% 低碳钢：含碳量<0.25%
碳含量对钢性 能的影响 ?
合金元素对钢板性能的影响
合金元素对钢力学性能的影响
汽车钢板分类
汽车用耐冲击,高强度和超高强度钢板(SAE J2340)


耐冲击钢（DR） * 烘烤硬化钢（BH） * 非烘烤硬化钢(No-bake hardenable) 高强度固溶强化钢(High strength solution strengthened) 高强度低合金钢（HSLA） 高强度恢复退火钢(High strength recovery annealed) 新型高强度钢 * 双相钢（DP） * 复相钢（CP） * 相变感应塑性钢（TRIP） *孪晶诱发塑性钢(TWIP) * 马氏体钢（Mart)