汽车钢新品种的一些特点

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阿塞洛公司汽车用钢新品种简介

Michel Babbit

本文对汽车用钢近期的一些发展进行评述。一种新型预涂板特别适用于经热冲压加工的防渗透部件。另一种与预涂板有关的新工艺为新型无机处理法(NIT),能够有效地提高预涂板的冲压生产率。在防腐方面,新一代薄型有机涂层已经得到应用;将来Zn-Mg镀层推广后会有助于汽车制造商节省二次防腐成本(蜡、乳香脂等)。为了获得高刚性低重量的钢材,阿塞洛已开发出一种高刚性的新型夹芯板,显示出应用于大块车身板的潜力。最后对一些突破性新产品概念在中长期未来的应用前景进行了探讨。

1.前言

钢材是汽车最主要的组成材料,为了巩固这一地位,钢铁工业必须不断地满足汽车制造商新的需求。通过降低车身重量来减少CO2排放,同时还要提高汽车的被动安全性,是该领域的主要挑战之一。超高强度钢正是满足这两项要求的候选材料。一个相对较新的方法是将预涂板进行热冲压。就减轻大型汽车板的重量而言,出现了一种高刚性的新型多层钢材料,不失为一种有趣的创新型解决方案。另外,成本效益是高竞争性汽车市场中极其重要的因素,因此,任何能够协助汽车制造商提高生产率的方案(如降低汽车耐腐蚀性加工成本)都会大受欢迎。为此,开发出了更薄的有机和锌镁镀层。可以预见,汽车工业还会有重大的发展变化,钢铁业需要突破性的创新技术来满足未来新的要求。

2.用于热冲压加工的高强度钢

阿塞洛公司开发出了称为Usibor 1500P的高强度钢,完全用于热冲压工艺。该材料促进了欧洲、美国和日本在热冲压技术上的进步。它的化学成分示于表1,机械性能示于表2。

表2 Usibor 1500P的典型机械性能YS:屈服强度,

在热冲压工艺中,先以880~950℃给坯料加热5~10min,使钢板奥氏体化,然后快速转移到冲床(5~7s)并在600~800℃下冲压;最后在冲压设备之间以>30℃/s的冷却速率淬火。

Usibor 1500P是一种预涂材料,有约25μm厚的Al-Si热浸镀层(90%Al,称为Alusi镀层),该镀层能够承受加热和淬火工艺。Usibor的奥氏体显微组织使其在冲压温度下仍具有很高的可成形性。图1显示出在热冲压过程中涂镀区域显微组织的演变,图2则给出了Usibor的主要性能指标。

Usibor 1500P 特别适于冲击弯曲应用领域。图3对Usibor 1500P 与低碳钢和高强度钢的三点冲击弯曲试验结果进行了比较,试验速度为29km/h ,动能为10kJ 。可以看出,它的最大弯曲力比1000MPa UTS 钢(M1000)高20%,比800MPa UTS 钢(M800)高50%,比600MPa UTS 钢(TRIP 600)高75%。这种优异的性能使Usibor 1500P 最适用于汽车保险杠和门梁、A 柱和B 柱、横梁、门槛、车顶和厢底地板的加强件等。

图1 Usibor 1500P 中间的小图显示出钢与Alusi 镀层间的边界层,右下图显示出奥氏体化后镀层表面的形貌。

上乘的焊接性能

(点焊、MIG 和MAG 焊)

♦ 焊条使用期延长

♦ 均匀或非均匀组合

♦ 大电流波瓣(>>1kA )

优良的耐腐蚀性 ♦ 部件热冲压后即可涂漆

♦ 表面粗糙度使油漆附着性极佳,与电镀产品相媲美

优秀的耐冲撞性能

♦ 高韧性(夏氏冲击试验)

♦ 三点弯曲试验中极佳的表现(防渗透试验)

图2 Usibor 1500P 的主要性能指标

图3 各种低碳钢和高强度钢在29km/h (10kJ )三点弯曲试验中的极限弯曲力

3.改善预涂产品的冲压性能

“新型无机处理法(NIT )”是一种表面处理技术,最初的开发目的是处理电镀(EG )基材,以改善电镀产品的冲压性能。由于NIT 在电镀产品上取得了突

出的效果,便在其他金属基材上进行了试验,尤其是热浸镀锌(GI )和镀锌层扩散退火处理(GA )材料。

通过测定经NIT 处理的GI 和

GA 板的性能,对NIT 应用于这两种材料的可行性进行了实验室评估。如表3所示,对主要性能进行了研究。在用户的冲压车间进行的试验表明达到了主要目的,产品获得了附加值,并且为解决锌污染问题

和锌窝缺陷找到了一个途径。即使在小涂油量的情况下润滑剂的表现也很均匀(图4c)。如图4a和4b所示,NIT在GI材料上的沉淀层使预涂板的深冲性能明显改善。

因为处理过程的沉淀层在脱脂工序中被清除,所以涂漆性能与未处理基材相同。这一点已被不同用户的涂漆间所证实。

NIT处理GI板的附着性能在极个别条件下需要一定的改善,以提高时效性能和对特定附着剂的适应性。

NIT工艺产生的效果鼓舞人们对其应用于所有工业性镀锌线的可能性进行研究。应该不会遇到太大的问题,因为应用NIT可能不需要更换原有的设备。

表3 NIT处理薄板的性能与未处理基材的比较:+表示较好,-表示较差,=表示

图4(a)冲压600个由NIT处理GI板制造的部件后防护板的外貌;(b)相同冲压条件下冲压10个由未处理GI板制造的部件后同一防护板的表面缺陷:可见擦伤和划痕;(c)NIT处理GI板具有良好的摩擦性能,具体取决于涂油量(0.25g/m2/每侧~2.5g/m2/每侧),但总是优于未处理GI板

4.薄型有机涂层

阿塞洛公司生产汽车用薄有机膜预涂板已有几年历史。连续电镀带钢穿过一条涂镀线,将这种薄有机涂层施涂到电镀薄板上。薄有机涂层可显著地提高对渗透性腐蚀的防护性能,对于汽车的镶边件尤其有效,使汽车商无须或大大减少对孔眼和边缝的昂贵的二次防腐措施。

目前生产的薄膜有机涂层(Henkel公司生产的Granocoat ZE和Chemetall & Andre公司生产的GardoProtect TH 9493)采用锌粉着色,以改善材料的点焊性能。这种有机涂层的目标厚度位于2.5μm~4.5μm的范围。薄有机涂层领域的新进展围绕着进一步提高耐渗透腐蚀性和可成形性,Henkel公司开发的Granocoat X 涂层向实现这一目标又跨近了一步,而且其涂镀方法与Granocoat ZE或GardoProtect TH 9493相同。对Granocoat X涂层薄板的耐腐蚀性进行了评估,并

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