第一篇：汽車用高強度鋼板發展趨勢-圖文.

高強度鋼板發展趨勢

一百多年來, 鋼鐵一直是汽車工業的基礎, 雖然汽車制造中塑料和鋁鎂合金 的用量不斷增加, 但鋼鐵材料仍是汽車用材的主體。選擇低厚度的高強度鋼板取 代傳統的低強度鋼板是汽車輕量化的一個有效的方法。與鋁、鎂合金和復合材料 相比較, 高強度鋼板的原材料和制造成本較低, 使其在汽車新材料的應用中更加 具有競爭力。

1.高強度鋼的定義、分類與特點 1.1 定義與分類

對于高強度鋼和超高強度鋼, 目前并沒有一個統一的定義。有人認為抗拉強 度超過 340MPa 的稱為高強度鋼。瑞典將鋼板強度級別分為普通強度鋼(MS、高 強度鋼(HS和超高強度鋼(EHS。

一般有兩個分類的依據:屈服強度和抗拉強度。我們總結了目前對于高強度 鋼板分類的幾種方法和依據,如表 5-7所示。

表 5-7高強度鋼板的分類方法

ULSAB — A VC 聯合會認為對鋼種分類的規范化非常重要,按習慣定義屈服 強度(YS和抗拉強度(TS,將鋼種標記為 XX aaa/bbb。其中, XX 為鋼種類型, aaa 為最低屈服強度(MPa, bbb 為最低抗拉強度(MPa。鋼種的標志符號統一如 下: 傳統鋼種:低碳鋼、無間隙原子鋼、各向同性鋼、烘烤硬化鋼、碳-錳鋼、低合金高強度鋼。

先進高強度鋼鋼種:雙相鋼、復相鋼、相變誘發塑性鋼、馬氏體鋼。例如,鋼種 DP500/800是指雙相鋼,其最低屈服強度為 500MPa ,最低抗 拉強度為 800MPa。按照 ULSAB 所采用的術語,將屈服強度為 210~550MPa 的 鋼定義為高強度鋼(HSS,屈服強度為 550MPa 的鋼定義為超高強度錒(UHSS, 而先進高強度鋼(AHSS的屈服強度覆蓋于 HSS 和 UHSS 之間的強度范圍。下圖 給出了鋼板的分類情況及其屈服強度和延伸率的對應關系。

1.2

2、高烘烤硬化性能;

3、能量吸收率較高;

4、高的疲勞強度和長的疲勞壽命;

5、高的防撞和抗凹性能。

盡管高強度鋼有上述諸多優點,但其在其使用過程中也存在一定的瓶頸問 題。一是由于屈服強度高,增加了塑性變形的不均勻性,沖壓成形性差,起皺、開裂、塑性變形不足等缺陷更難解決;二是由于高強度鋼板屈服強度高, 致使高 強度鋼板的沖壓回彈量加大, 使零件的成形精度更加難以控制。有效地解決這兩 個瓶頸問題的

方法:一是傳統的基于經驗、類比的試沖和試做的方法。二是基于 沖壓仿真技術的高強度鋼板沖壓成形性改進和成形精度控制方法, 由于其快速反 應和低成本日益成為板成形領域的研究熱點。

IF – 無間隙原子鋼 LC – 低碳鋼 BH – 烘烤硬化鋼 HSLA – 剛強低合金鋼 DP – 雙相鋼

FB – 鐵素體-貝氏體鋼 TRIP – 相變誘導發塑性鋼 MP – 復相鋼

2.高強度鋼板在汽車上的應用

目前, 國外汽車公司在相當比例的轎車零件上應用了高強度鋼板, 日本五家 最大的汽車公司轎車零件高強度鋼板的應用比例 80年代為 15%, 90年代超過 30%,在本世紀初新開發的車型高強度鋼板使用比例最高達 52%。圖 5-2為歐洲 和日本某汽車公司 1980~2000年高強度鋼在白車身中的應用比例。由圖可以看 出,兩家公司所采用的高強度鋼均呈現逐年上升的變化趨勢。

1994年,由世界主要鋼板制造廠家支持的 ULSAB-A VC(Ultra Light Steel Auto Body-Advance Vehicle Concept 項目啟動,該項目是從整體上研究和開發 新一代鋼鐵材料的汽車結構車身。其更是把整個車身 90%的沖壓件使用高強度鋼 板和超高強度鋼板作為目標,通過使用高強鋼(HSS和先進高強鋼(AHSS,向人 們展示了降低汽車重量的巨大潛力。ULSAB 項目除了研究高強度鋼板在汽車上 的應用外還研究

了新的制造技術(如激光拼焊技術等 ,以便在汽車制造中靈活 地使用高強度鋼。下圖為 ULSAB-A VC 項目組統計出的未來汽車材料的組成結 構。

圖 5-2 高強度鋼在白車身中的比例

a 按屈服強度級別 b 按鋼種

圖 5-3 未來汽車材料的組成

在日本, 車身零件實際應用高強度鋼板始于 20世紀 70年代。二次石油危機 后, 高強度鋼板的使用率越來越高。最早應用于車身外表件, 然后才用到內部零 件和結構件。目前,日本懸架結構件和支撐件的抗拉強度已達 800~1000MPa。抗拉強度 410MPa 的高強度鋼板多用于內部件。日本 NKK 公司開發了汽車外殼 用 45kg 級高強度鋼板,已在新車型上采用。該鋼種是通過鋼結晶微細化獲得高 強度的。日本川崎制鋼公司最近開發了 TS980MPa 級高強度鋼板 CHLY980。該 公司對提高延伸率的金相組織進行了研究, 通過優化鋼的成分、熱軋和退火工藝, 生產出硬質低溫相變組織為第二相、鐵素體為主相的復合組織鋼板.目前已應用 于擋泥板、沖擊梁等高安全性要求的零件。日本神戶制鋼公司開發了雙相組織的 590~780MPa 級合金化熱鍍鋅鋼板和 590MPa 級殘余奧氏體鋼板。

在歐洲,高強度鋼板也得到廣泛的應用。德國的歐寶(Opel、大眾(V olkswagen、寶馬(BMW ,法國的標致(Peugeot 等汽車廠家的產品都不 同程度用上了高強度鋼板。

圖 5-4 某款 VOLVO 的材料構成示意圖

上圖為歐寶某型汽車的高強度鋼的應用情況。圍繞高強度鋼板的研發也在不 斷地進行中,瑞典 SSAB 鋼板有限公司開發出鐵素體 +馬氏體組織的特高強度冷 軋薄鋼板,其屈服強度達到 700MPa。

目前,北美汽車工業和鋼鐵產業正在積極推進高強度鋼(HSS和超高強度鋼(UHSS的研究與應用。并在 ULSAB 的基礎上,積極推進 ULSAB — A VC 計劃, 成為與鋁、鎂輕金屬合金分庭抗禮的一大亮點。近幾年在 PNGV 計劃的驅動下, 高強度鋼在北美汽車用材中得到迅速發展。高強度鋼的應用已由 1997年 6%的 比例上升到 2002年的 45%。預計在今后幾年中將會得到更進一步的發展。北美

汽車零部件應用鋼的趨勢情況見 表 5-8。表 5-8 汽車零部件鋼的應用趨勢

隨著國外轎車車身零件上的高強度鋼板應用日益增加, 國內轎車車身零件應 用高強度鋼板也呈現上升趨勢。為了適應這種趨勢,近年來寶鋼自主開發了一批 高強度鋼板,三期工程又引進了一批高強度鋼板品種,除 DP 鋼、TRIP 鋼等, 品種已相對比較齊全。在上海大眾 POLO、一汽海南普利馬、風神、長安鈴木以 及天津豐田的一些零件也在應用高強度鋼板。從這些車型的情況看, 高強度鋼板 應在外覆蓋件和內板件的梁、立柱、加強件等零部件上。根據目前國內外的汽車 高強鋼板的現狀,總結各類高強度鋼板在汽車上的應用趨勢大致如表 5-9所示。

為滿足減輕車體重量和提高沖撞安全性能的需要, 擴大高強度鋼板的使用無 疑是最佳的方法之一。由于先進高強度鋼在強度、抗腐蝕具有一定的相對優越性 能, 隨著先進高強度鋼應用技術的進一步成熟, 其必將有利于進一步提高汽車的 安全性、環保性及節能性。因此, 先進高強度鋼將會在部分汽車零部件上應用有 著比鋁、鎂合金更大的優勢等。

材料工作的方向也將圍繞“更安全、更節能、更環保”的造車理念展開。高 強度鋼板使用將對提高整車安全性能、降低能耗和排放等方面都將有重要的意 義。

此外,隨著公司的發展壯大,汽車結構將趨于合理,中、高級轎車的比例將 進一步增加, 高強度鋼板的應用比例即將進一步提高。因此, 公司需加大對高強 鋼板應用開發的投入, 積極聯合高校和科研機構、原材料廠商和零部件廠商, 共 同開發,產生連鎖效應,有利于集中力量攻克難關,節約開發成本,做必要的技 術儲備,提高產品的市場競爭力。

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第二篇：中國工程機械用高強度耐磨鋼板發展概況

中國工程機械用高強度耐磨鋼板發展概況

鋼研大慧投資有限公司

工程機械用高強度耐磨鋼板是一種低合金高強度耐磨鋼板，是耐磨鋼的一個重要分支。由于其具有高強度、良好的強韌性（易折彎）、可焊接性和良好的抵抗磨料磨損的能力以及較低的成本而被廣泛應用于煤炭機械、建筑工程機械和重型機械行業。

我國工程機械用高強度耐磨鋼板行業始于本世紀初，于2009年獲得快速發展。據調查資料顯示，2010-2012年我國低合金高強度耐磨鋼板的產需分別為22.7萬噸、25.2萬噸、27.7萬噸和28.5萬噸、32.7萬噸、35.1萬噸，其中2012年≤16mm的低合金高強度耐磨鋼板的產需分別為3萬噸和4.876萬噸，產品總體上供不應求。預計到2016年我國低合金高強度耐磨鋼板的產需分別為55.92萬噸和61.3萬噸，產需年均增幅分別為19.2%和15%，產品供需總量矛盾進一步緩解，但≤16mm的薄規格耐磨鋼板的需求增長緩慢，并在2016年出現過剩，預計產需分別為9萬噸和

5.5萬噸。

當前，我國低合金高強度耐磨鋼板行業呈現外資、國有和民營三足鼎力之勢，以瑞典SSAB公司、芬蘭RUUKKI公司和日本JFE公司為代表的外資企業在中國快速拓展并牢牢掌控著高端市場，產品價格昂貴，而舞陽鋼鐵、武漢鋼鐵、新余鋼鐵和寶鋼制造技術快速跟進，在NM360等低端領域取得了絕對的市場份額，山東華星還在3mm-12mm領域取得了巨大的進步，成為這個領域的領頭羊。

為適應煤炭刮板輸送機大型化和工程機械輕型化的要求，未來我國低合金高強度耐磨鋼板將向厚板和薄板兩個方向分別發展。在厚板領域，材質均勻性和可焊接性技術的掌握將是決勝市場的關鍵，而在≤16mm的薄板領域，技術將同樣是取勝的關鍵。

本調研報告由鋼研大慧投資有限公司戰略研究部張鋒撰寫，報告數據來源于中國工程機械工業協會、中國重型機械工業協會、中國工程機械工業協會運輸機械分會、中國煤炭機械工業協會、商務部五礦商會、中國鋼鐵工業協會以及中煤集團張家口煤機有限責任公司、寧夏天地奔牛集團有限公司、中信重工股份有限公司等三十多家企業。

本報告被訪問企業均是煤炭機械行業、工程機械行業和重型機械行業的代表，企業業務的覆蓋面能達到行業的70%以上，具有很強的代表性。報告企業數據均是被訪問企業按照我們設計的表格填寫而成，數據翔實，準確。報告細分行業數據一是用細分行業代表性企業匯總而成，二是通過行業協會數據匯總而成并將兩者相互對比、檢驗和矯正。

第三篇：車身輕量化材料——高強度鋼板熱成形技術

車身輕量化材料——高強度鋼板熱成形技術

.汽車用高強度鋼板

長期以來，鋼鐵一直是汽車工業的基礎，雖然汽車制造中鋁和塑料的用量不斷增加，但鋼鐵材料仍是汽車的主要材料。21世紀的汽車行業，降低燃料消耗、減少CO2和廢氣排放已成為社會的需求，作為材料生產廠的鋼鐵業為了適應這種發展趨勢，已開發出許多種類的高強度鋼板來幫助減輕汽車重量，適應汽車工業的新要求。近年來，超輕超薄高強度鋼板的品質和性能大大提高，相信到2020年，高強度鋼板在汽車上的使用率將超過70%。1.1 高強度鋼板等級劃分

對于高強度鋼的定義，一直并無定論，被鋼鐵界普遍認同的是ULSAB-AVC(Ultra Light Steel Auto Body-Advanced Vehicle Concept)聯合會進行的劃。將屈服強度為210—550MPa的鋼定義為高強度鋼(HSS，High Strength Steel)，也就是傳統的高強度鋼，典型的如碳錳(CMn)鋼、烘烤硬化鋼(BH)等。屈服強度為550MPa以上的鋼定義為超高強度鋼(UHSS，Ultra High Strength Steel)，典型的如孿晶誘導塑性鋼(TWIP鋼)、熱成形鋼(HF)等。而先進高強度鋼(AHSS，Advanced High Strength Steel)的屈服強度覆蓋于HSS和UHSS之間的強度范圍，在500-1500MPa之間，典型的如雙相鋼(DP鋼)、相變誘發塑性鋼(TRIP鋼)、馬氏體鋼(MART鋼)。圖1為各類汽車用鋼板的屈服強度與延伸率的關系，隨著強度的提高，延伸率下降。在ULSAB-AVC項目中，為了同常規的高強度鋼板區別開來，把DP鋼、TRIP鋼和B鋼等以相變強化為主的鋼板統稱為先進高強度鋼板，這類鋼板具有高的減重潛力、高的碰撞吸收能，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，已經廣泛應用于汽車工業。

圖1 各類汽車用鋼板的屈服強度

與延伸率關系圖

1.2 汽車用熱成形高強度鋼板

先進高強度鋼板是車身輕量化的主要發展方向，為了兼顧輕量化與碰撞安全性以及高強度下沖壓件回彈與模具磨損等問題，熱成形高強度鋼及其成形工藝和應用技術應運而生。目前凡是達到U-NCAP碰撞4星或5星級水平的乘用車型，其安全件(A/B/C柱、保險杠、防撞梁等)大都采用了抗拉強度1500MPa、屈服強度1200MPa的熱成形鋼。同時，在先進高強度鋼板的冷成形中，為了解決成形裂紋和形狀凍結性不良等問題，熱沖壓材料的開發和應用引人注目，已用其進行了強度高達1470MPa級汽車部件的制造。

目前，世界上熱成形用鋼幾乎都選用硼鋼種，因為微量的硼(B)可以有效地提高鋼的淬透性，可以使得零件在模具中以適宜的冷卻速度，獲得所需的馬氏體組織，從而保證零件的高強度水平。硼的作用在20世紀50年代早期就被人們所認識，硼只有固溶在鋼中才能起到強化作用。由于硼與氧和氮有強烈的化學親和力，因此在鋼中添加硼時都需要添加一些強氧化物和氮化物形成元素，如鋁、鋯和鈦等。固溶的硼偏析在奧氏體晶粒邊界，延遲了鐵素體和貝氏體的形核進而增加了鋼的強度。含硼超高強度鋼板的強度可以高達1500Mpa，為普通鋼板強度的3～4倍，將其應用于汽車零部件不僅可以直接減少料厚、降低車身重量，還可以提高汽車的安全性，以及相關聯的降低油耗、節約能源、減少汽車排放等。并且硼鋼屬于含硼高強度鋼板，廢物可以充分回收利用，有利于降低環境污染。常用的鋼種包括：Mn-B系(上海寶鋼開發)熱成形用鋼、Mn-Mo-B系(北美、歐洲等多用此系列)、Mn-Cr-B系(高淬透性熱成形鋼)、Mn-Cr系(部分馬氏體熱成形鋼)、Mn-W-Ti-B系(如韓國POSCO 公司開發的高烘烤硬化細晶粒熱成形鋼)。高強度鋼板熱成形加工工藝

2.1 熱成形加工工藝基本原理 2.1.1熱成形理論基礎 熱成形工藝與傳統的成形工藝相比，其特點是在板料上存在著一個不斷變化的溫度場。那么熱成形用鋼板的成分就有一些特殊的要求，其成分設計也要適應熱成形過程中的熱循環。在這個溫度場的影響下，板料的基體組織和力學性能發生了變化，從而板料的應力場也發生了變化。在成形過程中，板料的應力場變化又反作用于溫度場，如圖2。熱成形工藝，正是這樣一個板料內部溫度場與應力場同時共存，相互作用，耦合的變化過程，對板料在成形過程中的流動、變形等造成影響。表1簡單地描述了這些相互作用。

圖2 應力場、溫度場和金屬微觀組織的相互作用

表1 應力場、溫度場和金屬微觀組織的相互作用的描述

2.1.2 實際熱成形加工工藝

實際熱成形工藝原理如圖5。首先把常溫下強度為500~600 MPa的高強度硼合金鋼板加熱到880~950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內部帶有冷卻系統的模具內沖壓成形，之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體轉變成馬氏體，成形件因而得到強化硬化，強度大幅度提高。比如經過模具內的冷卻淬火，沖壓件強度可以達到1500 MPa，強度提高了250%以上，因此該項技術又被稱為“沖壓硬化”技術。實際生產中，熱沖壓工藝又分為兩種，即直接工藝和間接工藝。圖3(a)所示的是直接工藝，下料后，直接把鋼板加熱然后沖壓成形，主要用于形狀比較簡單變形程度不大的工件。對于一些形狀復雜的或者拉深深度較大的工件，則需要采用間接工藝，先把下好料的鋼板預變形，然后再加熱實施熱沖壓，如圖3(b)。

(a)直接工藝(b)間接工藝

圖3 工藝說明圖

2.2熱成形加工關鍵技術

對高強度鋼板的熱成形技術，我們需要重點關注的是用鋼選擇、熱成形用鋼的表面鍍層、模具設計和熱成形零件的檢測問題。

2.2.1 熱成形用鋼選擇

熱成形用鋼的選擇是保證熱成形零件性能的重要一環。高強度鋼板的熱成形性主要分包括以下形式：深沖成形性、脹形成形性以及延伸凸緣成形性等。一般認為：深沖成形性取決于鋼板塑性應變化的Lankford值；脹形成形性取決于鋼板的延性；而延伸凸緣成形性取決于鋼板的局部變形能和顯微組織均勻性。B在支配延伸凸緣成形性和彎曲成形性的顯微組織均勻化方面起到了重要作用，故一直采用F+B和B單一組織；而且為了實現高強度化目標，也采用了低碳M。馬氏體鋼中的22MnB5鋼的原理與此相符，是典型的熱沖壓材料鋼(具體成分見表2)，它利用鈦和硼微合金化的方法，通過熱成形后急冷獲得高的成形度和極高的強度(圖4)。目前，熱成形MnB鋼板在歐美和日本主要汽車制造企業已經開始使用，如新型Golf V6車有5個零部件用MnB鋼制成，最新的第六代PASSAT車型有9個這樣的部件。圖5是寶鋼開發的熱沖壓成形用含硼鋼的CCT(連續冷卻相變)曲線，經過 950℃左右單相奧氏體區的加熱保溫后，當冷卻速度大于15℃/s后，鋼板的組織轉變為全馬氏體組織，其硬度為HV450～500，強度達到1300—1500MPa。

圖4 熱成形過程中22MnB5鋼的性能變化示意圖

圖5 熱沖壓用鋼板典型CCT曲線 2.2.2 熱成形用鋼的表面鍍層

用于熱成形的硼鋼，將之加熱到奧氏體形變點以上，金屬模沖壓成形與淬火幾乎同時進行。但是對熱成形用鋼的研究表明，由于延伸性和韌性的不足，較之其高強度的性能，熱成形用鋼不能獲得充分的沖擊吸收能(即韌性值不高)。因此，如何調整其成分以改善這些特性是今后的重要課題。在熱成形過程中，鋼板在高溫下暴露于空氣中，不可避免地會引起表面的氧化，形成氧化鐵皮，為了不影響后續的涂裝工序，熱成形后的零件需要經過噴丸或酸洗去掉鋼板表面的氧化鐵皮，這無形中又增加了生產成本。與此同時，鋼板在氧化的同時也會引起鋼板表面的脫碳，進而影響鋼板的強度。此外，隨著汽車零件耐腐蝕性能要求越來越高，表面進行鍍層處理的鋼板越來越受到人們的重視，一系列熱成形用鍍層鋼板被相繼開發出來，同常規的冷成形用鍍層鋼板不同，熱沖壓用鋼板的鍍層需要具備抗高溫和耐腐蝕的特點。目前開發的用于熱成形的鍍層板包括：鍍Al板、鍍Al-Si合金板和鍍Zn板等。韓國POSCO鋼鐵公司正在開發納米鍍層板，以提高鍍層的結合力，防止鍍層在加熱和成形淬火過程中剝落。

2.2.3 熱成形模具設計

由于熱成形過程中鋼板及模具都在900℃以上到室溫這一復雜的溫度中變化，并且模具集板料成形與淬火過程于一身，所以模具設計是熱成形技術的另一個難點問題。其主要技術流程包括模具表面設計、模具冷卻系統設計和模具結構設計等。可用計算機和LS-DYNA軟件進行成形模擬和冷卻過程模擬，利用材料的高溫性能如流變曲線、摩擦系數、FLD等參量進行成形模擬，并進行熱傳遞模擬，這一過程實際是熱力學、機械學耦合模擬。其模擬結果將作為模具設計方案確定的重要依據，并據此進行原型試生產和批量生產。同時，我們還可利用計算機模擬，進行碰撞分析和靜載壓潰分析。(1)模具材料的選擇。

熱成形的模具材料相比常規成形提出了更高的要求。不僅要求模具有良好的熱強度、熱硬度，高的耐磨性和疲勞性能，而且要能保證成形件的尺寸精度。同時要能夠抵抗高溫板料對模具產生的強力熱摩擦以及脫落的氧化層碎片及顆粒在高溫下對模具表面的磨粒磨損效應，并且能夠穩定的工作在劇烈的冷熱交替條件下。根據模具的加熱溫度，選用合理的模具材料，一般需要參考熱鍛用熱作模具鋼，選用合理的模具材料。蒂森的熱沖壓模具，采用具有很高熱傳導系數的模具材料(Glidcop—一種Al2O3/Cu復合材料)。(2)模具凸、凹模設計。

由于熱脹冷縮的影響，零件最終的尺寸和沖壓成形時的尺寸存在一定的誤差，因此為保證零件的尺寸精度，必須在考慮熱脹冷縮效應的基礎上合理確定模具凸、凹模的尺寸。(3)冷卻機構的設計。

對于熱成形零件冷卻機構的選擇既要保證零件的冷卻速度足夠大，如某硼鋼的臨界冷卻速度為30℃/s，使奧氏體盡可能多地轉化成馬氏體，保證零件的強度。而且還要避免零件和模具因冷卻速度過大而引起開裂。通常采用在模具內通冷卻水的方式對模具并通過模具對成形后的零件進行冷卻。

(4)目前板材熱成形工藝應用中尚存在的難點熱成形工藝作為一種新型的、特殊的工藝也有其自身的缺點。

a)零件成形后冷卻速度和保壓時間難控制。

b)由于熱加工成形的零件在冷卻至室溫的過程中，不同部位冷卻速度不同會導致零件發生嚴重的變形，從而影響成形零件的尺寸精度。

c)由于熱成形零件后續加工難度大，因而只能是應用于一道工序即可成形的簡單零件，如梁、柱等類型的零件。同時，熱成形工序并入現有沖壓車間難度大。

d)與普通沖壓模具相比，由于受模具材料的強度選擇、模具熱處理工藝、高應力集中、模具表面溫度頻繁升高和降低、以及由于模具凸、凹模表面的高溫軟化加劇了磨損等因素的影響，熱成形模具容易失效，導致模具使用壽命降低。2.2.4 熱成形零件的檢測

熱成形零件具有的壓潰性能(碰撞后的低的侵入)決定了其很適合用于安全件。熱成形零件的加工通常需要經過激光切割、沖裁孔、點焊、冷成形、裝配以及油漆等工序，因此對熱成形零件需要檢測的內容很多。首先是要對熱成形零件進行力學性能檢測、形狀檢測、厚度分布檢測和引入的內應力檢測，還要根據不同零件的不同要求，采用不同的方法進行實物性能檢測。對于一個合格的熱成形零件，應當滿足高強度、輕量化和安全性的要求，同時還應具備好的強度與韌性結合性、尺寸穩定性、可加工性(幾何尺寸穩定性)、可焊性以及疲勞抗力等。熱成形鋼技術應用發展

國內首家熱沖壓零部件有限公司于05年在寶鋼成立。并且用于熱沖壓成形的高強度鋼—硼鋼，也是由上海寶鋼獨家供貨。寶鋼生產的硼鋼牌號為：1.85mm以上熱軋，BR1500HS；1.85mm以下冷軋，B1500HS。與歐洲熱沖壓高強度鋼22MnB5對應。屈服強度1000MPa、抗拉強度1400MPa、延伸率5%。相對于熱沖壓零部件有限公司的批量生產，寶鋼股份研究院技術中心擁有獨立的試制生產線。從2005年開始，已完成車身165個件的試制，其中12個樣件一次試制成功。表3為寶鋼熱沖壓機組相關參數。表3 寶鋼熱沖壓機組相關參數

近幾年來，熱成形制造的零件的應用越來越廣泛。中國上海大眾在PASSATB6等多款車型中，熱成形的部分占據了整個車身質量的15%，一般用在A/B/C柱及加強板還有中央通道、保險杠支架等地方。將典型的熱成形用鋼22MnB5在沖壓前加熱到950℃附近，然后在一個水冷模具中加壓成形，再通過模具淬火最終零件的強度可以將大眾汽車提到的1500MPa。但是在強度提高的同時，硼鋼的沖擊韌性受到越來越多的關注。由于微觀組織全是由非常硬的馬氏體構成，韌性就降低了，這一點非常關鍵。因為在碰撞試驗中，這些零件通常都是放在用來承受很高的沖擊載荷的地方。但是，現在還沒有可靠的材料可以用來進行韌性與脆性之間的轉換。在蒂森公司最近對淬火－回火的厚坯的研究中提到，鈮微合金化的應用可以提高熱成形鋼的韌性。在這種情況下，用來防止硼和溶解的鈮相結合，鈦應該由鈮和鋁的化合物取代。這樣做的結果是造成裂紋起始點的TiN粒子可以避免或被細小的碳、氮鈮化物沉淀取代，從而降低熱軋時晶粒尺寸，同樣也可以在沖壓前加熱到950℃的過程中限制晶粒的長大。通常，晶粒細化對韌性是有利的。

由高強度板熱成形制造的車身零部件如圖6所示。與傳統成形零件相比，熱成形零件具有以下優點：

1)高強度：屈服強度可達到1200MPa，抗拉強度可達到1600MPa-2000MPa。2)高硬度：高達6t的靜壓不損壞。3)輕量化：板厚比傳統鋼板減薄達35%。

4)消除回彈影響，提高制造精度。

圖7 高強度鋼板熱成形零部件

(前后保險杠、A柱、B柱、C柱、車頂構架、車底通道框架、儀表臺支架以及車門內板、車門防撞桿等)結束語

綜上可知，高強度鋼以其輕質、高強度的特點仍是汽車用鋼材的首選，并已成為滿足汽車減重和增加碰撞性能和安全性能的重要途徑。但是，常規高強度鋼在室溫下不僅變形能力很差，而且塑性變形范圍很窄，所需沖壓力大、容易開裂。同時，成形后零件的回彈增加，導致零件尺寸和形狀穩定性變差。因此傳統的成形方法難以解決高強度鋼板在汽車車身制造中遇到的問題。熱沖壓成形技術便是解決上述問題的一種新型成形技術。近年來，世界各國汽車業投入大量的精力來開展以硼鋼為主的先進高強度鋼板開發及熱成形技術的研究，并取得了長足的發展。這項技術在我國還屬于起步階段，因此對超高強度硼鋼熱成形技術的研究對我國的汽車工業的發展具有重要意義。

第四篇：汽車用塑料的現狀和發展趨勢

汽車用塑料的現狀和發展趨勢

一、車身塑料使用現狀

商用車塑料產品發展的最新特點是產品大型化和裝配集成化。目前車身塑料制品中，1m以上的產品已經非常普遍，部分塑料產品長度已經達到2m以上。同時，產品集成化程度提高，像儀表板這樣的總成已經集成為一體進行線下裝配，也導致塑料配件具有更加復雜的結構。這樣，不僅僅要求材料具有高流動、高剛性等基本性能要求，材料的顏色也必須有很好的穩定性。應用先進的加工工藝用于保證制品性能，降低扭曲等現象。下面僅僅就幾種使用量較大的材料，介紹目前車身塑料使用現狀。

1、改性PP材料

車身塑料材料中，目前使用最多的是改性PP系列材料。使用部件包括儀表板、車門護板、裝飾面板等大型內飾部件和保險杠、水箱面罩、擋泥板等外裝部件。以改性PP為主的聚烯烴材料已經占到車用塑料使用量的50％以上。改性PP材料目前在使用中，特別注重以下特點：

1．1 高流動性。目前改性PP材料的熔融指數往往達到20～30g/10min。以提高產品的熔接痕強度，降低表面熔接線。為了保證材料制品表觀顏色的要求，對PP基料的選擇也有更嚴格的要求，使用專門合成的PP材料滿足改性要求。1．2 性能要求合理化。對于不同部位的產品，材料性能要求更為合理。例如，儀表板使用的改性PP有的已經達到了2G的彎曲模量和25KJ/M2的沖擊強度，而門護板則要求在5KJ/M2左右的沖擊強度即可。

1．3 密度成為重要指標。為了有效降低材料成本，在材料性能嚴格要求的同時，材料密度也成為一項重要的指標。目前，國內商用車塑料材料的價格已經占到塑料零部件價格的1/2，因此材料密度對于制品成本控制具有重要的作用。上述幾個方面的要求往往是相互限制，因此對于材料的配方設計、制品加工等都提出了比以前更為嚴格的要求。同時，隨著材料合成技術和加工技術的進步，部分內飾產品也開始用純PP材料，進一步降低了材料成本。

2、ABS類材料

ABS的品種多，由于表面處理效果好。因此在車身材料中一直廣受歡迎。由于ABS耐候性差，目前商用車中已經廣泛使用高耐候的AES、ASA等材料作為ABS的補充。當產品需要表面處理時，例如水轉印膜、噴涂時，采用ABS；不需要表面處理時，選用ASA、AES等。

3、SMC等玻纖增強材料

SMC綜合性能遠超過其他工程塑料、并且是可以在線噴漆的材料，在商用車車身開發中一直占有重要的位置。目前車用SMC的彎曲模量一般超過10GPa，沖擊強度高達60KJ/m2以上，可以制備保險杠、支柱、發動機面罩、各類擋板等大表面積的制品。其他熱塑性玻纖增強工程塑料也由于強度高，在實際使用中得到了廣泛的應用，例如PC/PET-GF10、PP-GF30等材料。

二、車身塑料材料的使用趨勢

車身塑料的使用除了性能要求和工藝要求等客觀條件，還受到材料使用趨勢等影響。這種趨勢往往會形成強制的要求。目前在車身用塑料材料中，下面幾個趨勢正在成為現實。

1、材料統一性

這種統一包括基礎材料和填料使用類型統一，用來方便回收增值。目前，內飾用塑料材料已經向著聚烯烴材料的方向統一，主要是改性PP、PE材料、聚烯烴彈性體等。外裝材料目前仍然有多種材料在不同的車型中使用，目前主要的使用品種為改性PP、SMC、ABS類等。車用材料的回收已經成為一項法規性項目，塑料材料由于回收方便，可以在這方面做出一定貢獻。

2、車身內飾空間的環境保護

目前，由于內飾附件已經基本塑料化，塑料制品在加工裝配過程和使用過程中，會揮發出大量的有機物（VOC）。有效降低VOC已經是內飾材料的一個重大課題。目前，國內外許多材料廠商都在致力于低味道、低揮發性改性材料和環境友好型粘接劑等材料，滿足車身內飾的環境保護要求。對于抗菌面料的研究也在努力推進中。

3、低成本材料方案

塑料制品的價格優勢主要表現在加工裝配簡單。但是塑料本身是一種高價材料，并且材料價格對制品價格的影響較大。塑料材料的價格已經占到塑料零部件價格的1/3～1/2，這也說明車用塑料制品加工技術相對落后、制品功能性差導致增值過程太低，限制了車用塑料制品采用更優異的加工技術提高產品性能。低成本方案現在主要有兩種方式。

第一是采用更低廉的材料，比如回收材料等。這種低附加值創新只能進一步惡化國內零部件環境，但不失為目前的一個有效方法。

第二是采用性能更優異的材料，通過降低產品用料來降低材料成本，同時提高加工技術。這種創新型低成本材料方案是塑料供應商和制品加工廠商一直在從事的方向，但是目前仍然收到價格限制而進步緩慢。

三、車身塑料應用的飽和性分析

目前，車身附件的塑料材料使用已經達到了一個很高的水平。塑料材料要擴大在商用車車身的應用，在可以預見的一段時間內，仍受到技術限制。分析車身附件塑料的飽和性，對于材料的進一步使用和發展都有重要的意義。

1、材料使用部位的飽和性分析

目前，車身內飾和外部裝飾中，大表面積零件的塑料使用也已經得到了飽和程度。僅僅有部分零件尚未塑料化。主要包括各類支撐固定板、儀表板梁及其支架總成、座椅支架等各類支架等。這些部位由于收到一定的拉、壓、彎等應力，往往采用金屬部件。事實上，象座椅支架這樣的產品，已經開始嘗試塑料材料。目前，長玻纖增強塑（LFT）已經廣泛使用在國外轎車領域，對于這些支架產品是非常合適的一類材料，由于新材料的成本和加工技術的不斷進步，車身內飾外裝部件實現全部塑料化已經非常接近。對于轎車上不斷推進的全塑車身，商用車目前并不具備可比性。但是像車門這樣的大型制件，采用塑料成型有一定的可行性。部分車身部件也已經采用SMC等作為成型部件使用多年。全塑車身發展過程中研究的高級加工技術，也推動了其他車身塑料部件進步。

2、材料使用類型的飽和性分析

同一制品使用的塑料材料中，往往可以采用不同的塑料類型。一般說來，任何一個制品都可以有2～3種材料滿足使用要求。例如，發動機面罩可以采用SMC、ABS噴涂、改性PP、AES等材料，保險杠材料也可以采用金屬、SMC、改性PP、PC/PBT等多種材料。目前已經形成了多材料相互競爭的局面。在設計初期，考慮成本、產量、車型配置，并預測后續產品改進等因素，進行合理的選擇。隨著新材料的不斷進步，有更多的材料供車身產品選擇。

3、塑料制品的問題與解決方案

雖然車身附件中塑料制品得到了廣泛的使用，但是在使用中仍然存在許多問題。這些問題會導致客戶對塑料制品的滿意度下降，設計人員懷疑塑料制品的性能。一般來說，這種滿意程度下降的直接反應就是改換為金屬制品或者采用更高等級的塑料制品，從而增加了產品成本。例如，對于PP材料而言，無論如何改性，總是存在著低溫脆性和高溫剛性的矛盾，后結晶現象也造成尺寸穩定性相對較差。雖然針對不同制品采取了不同的材料方案和設計方案，外部裝飾件的部分改性PP制品總不是令人滿意。目前，新開發的商用車身（特別是中高檔商用車）在重要外裝件的使用中，明顯降低了改性PP產品，而使用SMC作為保險杠、AES作為面罩等。從設計人員的反饋來看，改性PP的外裝制品已經是低擋產品的別稱。通過加工技術的進步來提高改性PP制品滿意度的工作作為一個相對落后的領域，應該給予相當的注意。

塑料制品使用過程中的高維修費用也是一個問題，特別是保險杠這樣的重要產品。雖然塑料保險杠可以在發生事故時可以起到保護對方的作用。但是絕大部分用戶對塑料保險杠使用過程中的易損壞性和高維修費用總是不滿意。從產品設計角度看來，目前最重要的依然是基于裝配的設計（DFA），設計重點在于裝配和運動干涉等信息，車身設計人員關注制品最后使用狀態，卻往往在設計初期無法預測塑料產品在制造過程中帶來的潛在風險。塑料材料的使用都是通過制品制造體現出來，所有的零部件必須制備合格，才可以滿足設計和使用要求。在材料選擇和性能匹配已經相對完善的今天，基于制造的設計（DFM）就成為塑料應用的新課題。從現有發展看來，車身塑料制品的DFM主要表現在產品成型新工藝和CAE模擬兩個方面。

在成型工藝方面，低壓成型技術一直是塑料產品成型加工中大力發展的領域。氣體輔助成型、注塑－壓制工藝、模內裝飾工藝等，都是低壓成型技術的具體應用。其中氣體輔助成型已經得到了廣泛的使用。新工藝的實行，可以突破塑料制品原有設計限制，給車身塑料制品帶來質的提高。

CAE模擬技術包括應力分析CAE和模流模擬CAE，也已經在生產中得到了應用。CAE技術有助于對制品強度和加工過程中出現的問題預測。目前，車身塑料制品的質量控制已經達到了量化階段。CAE模擬可以有限控制開發風險，降低產品試制次數。

當成型加工和CAE模擬都用于產品開發階段時，材料、制品設計、加工形成了三位一體的高級階段。目前國內的商用車車身塑料產品設計正在向這方面迅速發

第五篇：高強度汽車板技術進展

高強度汽車板技術進展

摘要：輕量化是汽車“減重節能”的需要，采用高強度鋼板已被證明是最佳的材料技術解決方案。高強度鋼板的大量應用不但可以降低汽車的重量，減少鋼材的使用，還可以提高車身的被動安全性和剛度等。簡要回顧近年來國外汽車采用高強度鋼板的情況，結合國內汽車的發展，重點論述寶鋼高強度鋼板技術的進展，并對下一步的發展進行展望。

O列言

“輕量化”之所以得到汽車行業的重視，是因為它可直接降低油耗、減少排放。資料表明，車重減輕lOqo，可節省燃油3% ~7qv[I]。但是，在過去的10多年當中，由于舒適、安全性要求的提高，汽車的重量卻在逐年提高[2-3J，重量增加20010 30%，這顯然不是人們期望的。與此同時，新能源汽車（如燃料電池、混合動力和氫能源等）的發展對汽車的輕量化要求更加迫切。

為了實現汽車的輕量化，近年來世界各大車廠、鋼鐵協會、鋁協會等組織和一些鋼廠先后進行了多項汽車輕量化項目的研究。盡管實現輕量化的技術路線不同，但目標相同，均能實現20%一40%的減重效果。研究結果表明，盡管鋁、鎂和塑料等輕質材料在汽車輕量化中被采用的越來越多，但鋼鐵仍然是汽車制造的主要材料，只是其內涵發生了很大的變化，即由原來的以軟鋼為主發展到以高強度鋼板力主，結合相關先進鋼鐵加工技術的使用，在實現汽車輕量化的同時，還提高了汽車車身的被動安全性和剛度等。

近年來，我國的汽車行業發展迅速，2008年已成為世界第二大生產和消費國，2009年有望躍居第一，但高強度鋼板的使用比例同國外相比差距較大。回顧了國外汽車采用高強度鋼板的情況，結合國內汽車的發展，論述了近年來寶鋼高強度鋼板技術的進展，并對下一步的發展進行了展望。

1鋼汽車輕量化項目及高強度鋼板的應用

由國際鋼鐵協會組織的汽車輕量化項目主要包括超輕鋼白車身(ULSAB)、超輕鋼覆蓋件

(ULSAC)、超輕鋼懸掛件(ULSAS)和在此基礎上的超輕鋼概念車項目(ULSAB-AVC)‘4]。整個項目 于1994年開始，到2002年結束，在國際鋼鐵協會的統一協調下工作，委托位于美國底特律的保時捷工程服務中心執行開發，寶鋼作為中國大陸惟一的鋼廠參加了部分項目。在這之后，安賽樂和蒂森鋼廠結合自己的技術特點，分別開展了鋼概念輕量化白車身的項目研究，分別為ABC(Arcelor BodyConcept)和NSB(New Steel Concept)。其共同特點是，通過大量采用高強度鋼板均實現了200-/0-25c/o的減重效果。ULSAB-AVC項目中，白車身l00%采用了高強度鋼板，其中超過60%為超高強度（抗拉強度大于590 MPa）鋼板；ABC項目中，90%采用了高強度鋼板，其中超高強度鋼板為57%；NSC項目中，84%采用了高強度鋼板，其中超高強度鋼板為 25%，從中可看出，高強度鋼板的使用比例約47%-81%，其中一般高強度鋼板為43%500-/0）。2004年開始，國內高強度鋼板的使用比例提高較快，隨著汽車業競爭的加劇和汽車碰撞法規的日益完善，國內汽車使用高強度鋼板的比例將進～步提高，逐漸與國外接軌。

2寶鋼高強度鋼板的發展 2.1高強度鋼板的種類

隨著鋼板強度的提高，延伸率下降，相比較而言，DP、TRIP和TWIP鋼在擁有高強度的同時還表現出了高的延伸率。ULSAB-AVC項目中，把屈服強度<210 MPa的鋼板歸為軟鋼，屈服強度為210-550 MPa的歸為高強度鋼板，屈服強度>550 MPa的歸為超高強度鋼板。將以固溶強化和析出強化為主的高強度IF鋼、各向同性鋼、烘烤硬化鋼、破錳鋼和高強度低合金鋼統

稱為常規的高強度鋼板。為了同常規的高強度鋼板區別開，把DP、TRIP和Mart等以相變強化為主的鋼板統稱為先進高強度鋼板，其抗拉強度范圍500-1 500 MPa。這類鋼板具有高的減重潛力、高的碰撞吸收能、高的疲勞強度、高的成形性和低的平面各向異性等優點‘ 2.2寶鋼高強度鋼板的開發歷程

20世紀90年代初，當時國內的車型主要以桑塔納、捷達和富康為主，高強度鋼板的使用相對較少，這個時期的產品主要是常規的高強度鋼，生產依托2 030 mm冷軋，退火以罩式爐為主，先后開發了高強度IF鋼、烘烤硬化鋼、碳錳鋼和高強度低合金鋼板系列。2000年1 550 mm冷軋投產后，寶鋼汽車板品種中的熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板得到了快速發展，在此階段重點開發了電鍍鋅烘烤硬化鋼、電鍍鋅各向同性鋼、冷軋吸熱鍍鋅雙相鋼及高強度低合金鋼系列，滿足了奧迪、帕薩特和別克等代表車型的需求。2005年1 800 mm冷軋的投產，重點解決了以日系車天籟、皇冠等車型為主的熱鍍鋅合金化鋼板的生產。2008年投產的1 780 mm冷軋，特別是高強鋼專用生產線的投產，為寶鋼超高強度鋼板的生產奠定了基礎，將寶鋼可提供的鋼板抗拉強度級別從780 MPa提高到1 500 MPa，成為國際上為數不多的幾家可生產超高強度鋼板的企業。經過近20年的持續發展，寶鋼汽車用高強度鋼板已經形成了齊全的家族系列 2.3 寶鋼高強鋼專用線及超高強鋼的開發

為了滿足國內汽車日益發展的需求，寶鋼從2004年起就開始籌劃高強鋼生產專用線，于2007年初開始正式建設，自2009年3月開始調試以來，先后成功試制出冷軋l 500 MPa和熱鍍鋅980 MPa級別的超高強度鋼板，室鋼高強鋼專用生產線及所生產的產品有以下特點和技術優勢：

(1)可生產抗拉強度為340-1 500 MPa的冷軋普板、抗拉強度為340-980 MPa的熱鍍鋅高 強度鋼板。本機組特別適合生產超高強度鋼板是目前國內惟一一條超高強度鋼板專用生產線。圖6是采用這條專用線生產的典型高強及超高強度鋼板的應力應變曲線，包括590 MPa級別的DP和TRIP鋼、780 MPa的DP鋼、980 MPa級別的DP和馬氏體鋼、l 180 MPa的馬氏體鋼和1 500 MPa級別的馬氏體鋼。

(2)產線具有多功能性，可生產冷軋普板和熱鍍鋅鋼板。冷軋普板可采用高濃度的氫氣冷

卻和水淬冷卻兩種模式進行生產。

(3)激光焊機進行焊接，保證了超高強鋼的焊接質量及生產時帶鋼的穩定運行。

(4)退火爐的加熱段采用明火加熱，有利于改善高強鋼熱鍍鋅的可鍍性能。

(5)冷卻速度快，當采用600-/0以上濃度的氫氣進行冷卻時，對l mm的鋼板其冷卻速度可達140C/s以上；當采用水淬冷卻時，鋼板的冷卻速度可超過5000C/s。較快的冷卻速度可實現高強度鋼板的低碳當量成分設計，從而提高產品的焊接性能。如DP780鋼的P。值（P。=WC+ WSi/30+WM。/20 +2wp +4ws），可由常規冷卻時的0.30降到高速冷卻條件下的0.21。

(6)冷軋鋼板表面具有良好的涂裝性能，特別是水淬后鋼板經過酸洗工序后，可使鋼板表面的Mn等元素富集程度降低，從而進一步提高冷軋鋼板的耐蝕性和涂裝性。圖7是采用水淬冷卻工藝生產的980 MPa級別的馬氏體鋼的表面磷化膜照片，結晶尺寸為4 ym，膜重2.8 g/mz，磷化結晶均勻，遮蓋率高，膜重和結晶尺寸均達到標準要求，說明鋼板的可磷化性良好。3結語

高強度鋼是實現汽車輕量化和提高被動安全性能的主要材料。寶鋼經過近20年的發展，已經形成了門類和級別齊全的高強度鋼板家族系列。隨著國內汽車板市場競爭的加劇，寶鋼需要不斷開發新產品來滿足用戶的需求，近期還需要開展 以下三方面的工作：

(1)開發兼有更高強度和延伸率的新一代先進高強度鋼，如淬火配分鋼Q＆p[7]和孿晶誘發 塑性鋼TyVIP[8。93等。

(2)開展AHSS鋼板的使用技術研究。特別是超高強度鋼板，除開展成形、高速動態性能、疲勞性能以及焊接性能研究外，還要開展有關模具和剪切等方面的研究，為用戶更好的使用奠定技術基礎。

(3)性能穩定性的系統控制。相對于一般的高強度而言，AHSS鋼板對成分和工藝具有更 高的敏感性，需要各生產工序的穩定控制及合理的組織生產。