超高强钢

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20世纪60—70年代,国外为满足汽车深冲的需要,开发了铝镇静钢,使钢板的深冲性有很大的提 高,可以满足对汽车更多审美的要求,为此国内也发展了08Al系列的深冲钢;
20世纪80年代末—90年代初,由于冶金技术的进步,使冶炼超低碳和超低氮钢成为可能,所 以汽车用钢研究大量集中在IF钢的开发和使用上,为取得更好的深冲性,碳、氮质量分数降低到 0.005%以下,该钢开拓了洁净钢的先河,使人们对钢铁产品的成分控制有了更新的深刻认识,汽 车工业也从中受益非浅,可以使用极其优良成形性的钢板完成复杂零件的成形;
板,开始釆用超高强度钢薄板,其屈服强度在550MPa~1 200MPa之间。如双相钢、TRIP钢、
TWIP钢、含B超高强钢等。是解决汽车车身自重大、噪音大、油耗高、回收利用率低、成本高
等难题的有效途径之一。
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传统用钢: 在汽车制造中最经常使用的钢是低强度钢(如软钢和IF钢等,其抗拉强度为
200wenku.baidu.com300MPa,有良好的成形性,以及生产成本低。
超高强度钢
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世界汽车工业面临着能源、环境和安全三大严峻问题。节能、环保和安全成
为各大汽车生产厂家提高竞争力的关键。
美国的行动: 推出PNGV即新一代汽车伙伴计划 partnershipfor a new generation of vehicles
1993年,由美国总统克林顿提出,由政府和企业联手进行创新性的技术开发。为此 联邦政府每年拨款3亿美元,美国三大汽车公司每年投入10亿美元进行新一代汽车和 相关技术的研究与创新。美国47个州的21个联邦实验室和51所大学的研究人员完成 了1200多个PNGV研究项目,PNGV计划已使美国全国形成了一个汽车技术创新的国 家行动。
20世纪90年代以后,由于对于节能与环保的要求日益苛刻,主要是开发和使用高强度钢板。 低碳与超低碳的含P钢板、BH钢板、含Cu钢板,通过使用高强钢板,降低车体质量,减少能耗;
进入21世纪,由于环境、能源、安全的要求更高,钢铁行业又面临着铝、镁等材料的激烈
竞争,所有的研究和开发工作集中在开发新型的超高强度钢,为超轻钢车体计划配套的新型钢
超轻钢车体计划和参考车型所用材料的比较
. 超轻钢车体计划和参考车型所用材料加工方式比较
汽车用钢: 板材:依据生产工艺分为热轧钢板、冷轧钢板和镀层板
根据强度的不同可分为低强钢和高强度钢系列 主要的发展趋势是高强化和表面处理化
汽车车身用钢的发展概况:
20世纪50—60年代,开发和使用沸腾钢,与国外的技术发展相适应,国内开发了08F系列钢种;
软钢(亦称低碳钢:mild steel): 其金相显微组织主要是铁素体。由软钢制成的板材包括普通热轧钢板和低碳结 构钢板曾是汽车业最常用的钢板,具有一定的强度和良好的塑性,铝镇静钢板目前 是我国汽车业用量最大的钢板。因此软钢的拉延品质和铝镇静钢的各项机械性能都 具有代表性,并通常作为基准参考。
无间隙原子钢(IF钢:interstitial-free) IF钢的屈服强度很低,小于180MPa,具有相当高的加工硬化系数n和比较高的各 向异性系数r。它用于制造比软钢性能要求更高的汽车制件。一些等级的IF钢由于添加 某些元素(如钛和铌)而得到增强,并提高了r值。更由于碳和(或)氮的金属间化合 物的析出,使晶粒更加细化,因而提高了强度。在IF钢中通常还要添加适量的磷,通 过磷的固溶强化进一步提高强度。高强度级的IF钢广泛地用于车身结构和“开合件”。
PNGV计划提出的3个战略目标: (1)显著改善和增强美国制造业的竞争力; (2)尽快将具有商业可行性的技术创新成果应用于汽车生产当中; (3)开发出具有3倍于现行车燃料效率的新一代汽车。即燃料效率为1994年可比标准 轿车的3倍,该车的平均每百公里油耗由9 L降至3 L。 美国三大汽车公司已经通过实施PNGV计划开发出概念车,其达到了平均每百公里油 耗由9 L降至3 L的主要目标,但是车体材料主要是铝合金和镁合金。 在美国PNGV计划的刺激下,德国和日本也都进行了类似的研究,并且也都达到了平均 每百公里油耗由9 L降至3 L的目标,车身材料也主要采用铝合金和镁合金。
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问题:在汽车用材料的减重方面,虽然PNGV计划达到了减重40%的目标, 但是由于广泛采用铝合金和镁合金引起了汽车的成本增加,所以在该计划取得成 功以后,目前的前进步伐已经减缓,主要是考虑成本、环保要求和节能的价值。
然而,以高强度钢材料为代表的钢材,因其所具有的优异特性、经济性、可 再循环利用等特点,仍然是汽车用钢的主要材料,据粗略统计,生产一辆汽车的 原材料中,钢材所占的比例约为72%~88%。下表: 是1980-2000年美国中型轿 车主要材料构成比。
ULSAB研究项目的目标是向世界表明,钢材在减轻车重、降低成本和提高安全 性等方面仍是最合适的材料。此后,在1998年开始实施“先进汽车概念”项目 (ULSAB-AVC),研究开发新一代钢铁材料,该项目已完成,“白”车体重量减轻了 25%并在2002年提供给全球的汽车制造厂。 超轻钢车体计划特点主要是大量使用高强钢(HSS)和超高强钢(UHSS),而不 再使用或极少使用传统的低碳钢(如普通的铝镇静钢、IF钢等);大量使用液压成 形的管件作为结构件(Tubular),而减少使用冲压件(Stamping);大量使用激 光拼焊的钢板(TWB),减少使用单块钢板冲压。
德国家庭轿车材料从1975年至2005年的变化趋势。
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钢铁行业对策: 面对其他竞争材料的上升态势,1994年在国际钢铁协会的倡议下,全世界18个国家的
35个钢铁公司联手成立了超轻钢车体计划(ULSAB:ultra light steel auto body),以寻求 开发用于汽车车身的钢材料以及能提高钢材性能的可能性。
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继而开发的钢种: 大多数汽车都使用高强钢,如高强低合金钢(HSLA)、烘烤硬化钢(BH)、低碳
与超低碳的含P钢、高强IF钢等,屈服强度在210MPa~550MPa之间。
高强度低合金钢(HSLA:high strength low alloy ): 这类钢主要是由于在冶炼过程中添加了微量的合金元素,使钢能析出细小的 碳化物并使晶粒细化而得到强化。
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