汽车用高强度钢板发展趋势-图文.

第一篇：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

随着国外轿车车身零件上的高强度钢板应用日益增加, 国内轿车车身零件应 用高强度钢板也呈现上升趋势。为了适应这种趋势,近年来宝钢自主开发了一批 高强度钢板,三期工程又引进了一批高强度钢板品种,除 DP 钢、TRIP 钢等, 品种已相对比较齐全。在上海大众 POLO、一汽海南普利马、风神、长安铃木以 及天津丰田的一些零件也在应用高强度钢板。从这些车型的情况看, 高强度钢板 应在外覆盖件和内板件的梁、立柱、加强件等零部件上。根据目前国内外的汽车 高强钢板的现状,总结各类高强度钢板在汽车上的应用趋势大致如表 5-9所示。

为满足减轻车体重量和提高冲撞安全性能的需要, 扩大高强度钢板的使用无 疑是最佳的方法之一。由于先进高强度钢在强度、抗腐蚀具有一定的相对优越性 能, 随着先进高强度钢应用技术的进一步成熟, 其必将有利于进一步提高汽车的 安全性、环保性及节能性。因此, 先进高强度钢将会在部分汽车零部件上应用有 着比铝、镁合金更大的优势等。

材料工作的方向也将围绕“更安全、更节能、更环保”的造车理念展开。高 强度钢板使用将对提高整车安全性能、降低能耗和排放等方面都将有重要的意 义。

此外,随着公司的发展壮大,汽车结构将趋于合理,中、高级轿车的比例将 进一步增加, 高强度钢板的应用比例即将进一步提高。因此, 公司需加大对高强 钢板应用开发的投入, 积极联合高校和科研机构、原材料厂商和零部件厂商, 共 同开发,产生连锁效应,有利于集中力量攻克难关,节约开发成本,做必要的技 术储备,提高产品的市场竞争力。

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第二篇：中国工程机械用高强度耐磨钢板发展概况

中国工程机械用高强度耐磨钢板发展概况

钢研大慧投资有限公司

工程机械用高强度耐磨钢板是一种低合金高强度耐磨钢板，是耐磨钢的一个重要分支。由于其具有高强度、良好的强韧性（易折弯）、可焊接性和良好的抵抗磨料磨损的能力以及较低的成本而被广泛应用于煤炭机械、建筑工程机械和重型机械行业。

我国工程机械用高强度耐磨钢板行业始于本世纪初，于2009年获得快速发展。据调查资料显示，2010-2012年我国低合金高强度耐磨钢板的产需分别为22.7万吨、25.2万吨、27.7万吨和28.5万吨、32.7万吨、35.1万吨，其中2012年≤16mm的低合金高强度耐磨钢板的产需分别为3万吨和4.876万吨，产品总体上供不应求。预计到2016年我国低合金高强度耐磨钢板的产需分别为55.92万吨和61.3万吨，产需年均增幅分别为19.2%和15%，产品供需总量矛盾进一步缓解，但≤16mm的薄规格耐磨钢板的需求增长缓慢，并在2016年出现过剩，预计产需分别为9万吨和

5.5万吨。

当前，我国低合金高强度耐磨钢板行业呈现外资、国有和民营三足鼎力之势，以瑞典SSAB公司、芬兰RUUKKI公司和日本JFE公司为代表的外资企业在中国快速拓展并牢牢掌控着高端市场，产品价格昂贵，而舞阳钢铁、武汉钢铁、新余钢铁和宝钢制造技术快速跟进，在NM360等低端领域取得了绝对的市场份额，山东华星还在3mm-12mm领域取得了巨大的进步，成为这个领域的领头羊。

为适应煤炭刮板输送机大型化和工程机械轻型化的要求，未来我国低合金高强度耐磨钢板将向厚板和薄板两个方向分别发展。在厚板领域，材质均匀性和可焊接性技术的掌握将是决胜市场的关键，而在≤16mm的薄板领域，技术将同样是取胜的关键。

本调研报告由钢研大慧投资有限公司战略研究部张锋撰写，报告数据来源于中国工程机械工业协会、中国重型机械工业协会、中国工程机械工业协会运输机械分会、中国煤炭机械工业协会、商务部五矿商会、中国钢铁工业协会以及中煤集团张家口煤机有限责任公司、宁夏天地奔牛集团有限公司、中信重工股份有限公司等三十多家企业。

本报告被访问企业均是煤炭机械行业、工程机械行业和重型机械行业的代表，企业业务的覆盖面能达到行业的70%以上，具有很强的代表性。报告企业数据均是被访问企业按照我们设计的表格填写而成，数据翔实，准确。报告细分行业数据一是用细分行业代表性企业汇总而成，二是通过行业协会数据汇总而成并将两者相互对比、检验和矫正。

第三篇：车身轻量化材料——高强度钢板热成形技术

车身轻量化材料——高强度钢板热成形技术

.汽车用高强度钢板

长期以来，钢铁一直是汽车工业的基础，虽然汽车制造中铝和塑料的用量不断增加，但钢铁材料仍是汽车的主要材料。21世纪的汽车行业，降低燃料消耗、减少CO2和废气排放已成为社会的需求，作为材料生产厂的钢铁业为了适应这种发展趋势，已开发出许多种类的高强度钢板来帮助减轻汽车重量，适应汽车工业的新要求。近年来，超轻超薄高强度钢板的品质和性能大大提高，相信到2020年，高强度钢板在汽车上的使用率将超过70%。1.1 高强度钢板等级划分

对于高强度钢的定义，一直并无定论，被钢铁界普遍认同的是ULSAB-AVC(Ultra Light Steel Auto Body-Advanced Vehicle Concept)联合会进行的划。将屈服强度为210—550MPa的钢定义为高强度钢(HSS，High Strength Steel)，也就是传统的高强度钢，典型的如碳锰(CMn)钢、烘烤硬化钢(BH)等。屈服强度为550MPa以上的钢定义为超高强度钢(UHSS，Ultra High Strength Steel)，典型的如孪晶诱导塑性钢(TWIP钢)、热成形钢(HF)等。而先进高强度钢(AHSS，Advanced High Strength Steel)的屈服强度覆盖于HSS和UHSS之间的强度范围，在500-1500MPa之间，典型的如双相钢(DP钢)、相变诱发塑性钢(TRIP钢)、马氏体钢(MART钢)。图1为各类汽车用钢板的屈服强度与延伸率的关系，随着强度的提高，延伸率下降。在ULSAB-AVC项目中，为了同常规的高强度钢板区别开来，把DP钢、TRIP钢和B钢等以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，这类钢板具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业。

图1 各类汽车用钢板的屈服强度

与延伸率关系图

1.2 汽车用热成形高强度钢板

先进高强度钢板是车身轻量化的主要发展方向，为了兼顾轻量化与碰撞安全性以及高强度下冲压件回弹与模具磨损等问题，热成形高强度钢及其成形工艺和应用技术应运而生。目前凡是达到U-NCAP碰撞4星或5星级水平的乘用车型，其安全件(A/B/C柱、保险杠、防撞梁等)大都采用了抗拉强度1500MPa、屈服强度1200MPa的热成形钢。同时，在先进高强度钢板的冷成形中，为了解决成形裂纹和形状冻结性不良等问题，热冲压材料的开发和应用引人注目，已用其进行了强度高达1470MPa级汽车部件的制造。

目前，世界上热成形用钢几乎都选用硼钢种，因为微量的硼(B)可以有效地提高钢的淬透性，可以使得零件在模具中以适宜的冷却速度，获得所需的马氏体组织，从而保证零件的高强度水平。硼的作用在20世纪50年代早期就被人们所认识，硼只有固溶在钢中才能起到强化作用。由于硼与氧和氮有强烈的化学亲和力，因此在钢中添加硼时都需要添加一些强氧化物和氮化物形成元素，如铝、锆和钛等。固溶的硼偏析在奥氏体晶粒边界，延迟了铁素体和贝氏体的形核进而增加了钢的强度。含硼超高强度钢板的强度可以高达1500Mpa，为普通钢板强度的3～4倍，将其应用于汽车零部件不仅可以直接减少料厚、降低车身重量，还可以提高汽车的安全性，以及相关联的降低油耗、节约能源、减少汽车排放等。并且硼钢属于含硼高强度钢板，废物可以充分回收利用，有利于降低环境污染。常用的钢种包括：Mn-B系(上海宝钢开发)热成形用钢、Mn-Mo-B系(北美、欧洲等多用此系列)、Mn-Cr-B系(高淬透性热成形钢)、Mn-Cr系(部分马氏体热成形钢)、Mn-W-Ti-B系(如韩国POSCO 公司开发的高烘烤硬化细晶粒热成形钢)。高强度钢板热成形加工工艺

2.1 热成形加工工艺基本原理 2.1.1热成形理论基础 热成形工艺与传统的成形工艺相比，其特点是在板料上存在着一个不断变化的温度场。那么热成形用钢板的成分就有一些特殊的要求，其成分设计也要适应热成形过程中的热循环。在这个温度场的影响下，板料的基体组织和力学性能发生了变化，从而板料的应力场也发生了变化。在成形过程中，板料的应力场变化又反作用于温度场，如图2。热成形工艺，正是这样一个板料内部温度场与应力场同时共存，相互作用，耦合的变化过程，对板料在成形过程中的流动、变形等造成影响。表1简单地描述了这些相互作用。

图2 应力场、温度场和金属微观组织的相互作用

表1 应力场、温度场和金属微观组织的相互作用的描述

2.1.2 实际热成形加工工艺

实际热成形工艺原理如图5。首先把常温下强度为500~600 MPa的高强度硼合金钢板加热到880~950℃，使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成形，之后保压快速冷却淬火，使奥氏体转变成马氏体，成形件因而得到强化硬化，强度大幅度提高。比如经过模具内的冷却淬火，冲压件强度可以达到1500 MPa，强度提高了250%以上，因此该项技术又被称为“冲压硬化”技术。实际生产中，热冲压工艺又分为两种，即直接工艺和间接工艺。图3(a)所示的是直接工艺，下料后，直接把钢板加热然后冲压成形，主要用于形状比较简单变形程度不大的工件。对于一些形状复杂的或者拉深深度较大的工件，则需要采用间接工艺，先把下好料的钢板预变形，然后再加热实施热冲压，如图3(b)。

(a)直接工艺(b)间接工艺

图3 工艺说明图

2.2热成形加工关键技术

对高强度钢板的热成形技术，我们需要重点关注的是用钢选择、热成形用钢的表面镀层、模具设计和热成形零件的检测问题。

2.2.1 热成形用钢选择

热成形用钢的选择是保证热成形零件性能的重要一环。高强度钢板的热成形性主要分包括以下形式：深冲成形性、胀形成形性以及延伸凸缘成形性等。一般认为：深冲成形性取决于钢板塑性应变化的Lankford值；胀形成形性取决于钢板的延性；而延伸凸缘成形性取决于钢板的局部变形能和显微组织均匀性。B在支配延伸凸缘成形性和弯曲成形性的显微组织均匀化方面起到了重要作用，故一直采用F+B和B单一组织；而且为了实现高强度化目标，也采用了低碳M。马氏体钢中的22MnB5钢的原理与此相符，是典型的热冲压材料钢(具体成分见表2)，它利用钛和硼微合金化的方法，通过热成形后急冷获得高的成形度和极高的强度(图4)。目前，热成形MnB钢板在欧美和日本主要汽车制造企业已经开始使用，如新型Golf V6车有5个零部件用MnB钢制成，最新的第六代PASSAT车型有9个这样的部件。图5是宝钢开发的热冲压成形用含硼钢的CCT(连续冷却相变)曲线，经过 950℃左右单相奥氏体区的加热保温后，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，强度达到1300—1500MPa。

图4 热成形过程中22MnB5钢的性能变化示意图

图5 热冲压用钢板典型CCT曲线 2.2.2 热成形用钢的表面镀层

用于热成形的硼钢，将之加热到奥氏体形变点以上，金属模冲压成形与淬火几乎同时进行。但是对热成形用钢的研究表明，由于延伸性和韧性的不足，较之其高强度的性能，热成形用钢不能获得充分的冲击吸收能(即韧性值不高)。因此，如何调整其成分以改善这些特性是今后的重要课题。在热成形过程中，钢板在高温下暴露于空气中，不可避免地会引起表面的氧化，形成氧化铁皮，为了不影响后续的涂装工序，热成形后的零件需要经过喷丸或酸洗去掉钢板表面的氧化铁皮，这无形中又增加了生产成本。与此同时，钢板在氧化的同时也会引起钢板表面的脱碳，进而影响钢板的强度。此外，随着汽车零件耐腐蚀性能要求越来越高，表面进行镀层处理的钢板越来越受到人们的重视，一系列热成形用镀层钢板被相继开发出来，同常规的冷成形用镀层钢板不同，热冲压用钢板的镀层需要具备抗高温和耐腐蚀的特点。目前开发的用于热成形的镀层板包括：镀Al板、镀Al-Si合金板和镀Zn板等。韩国POSCO钢铁公司正在开发纳米镀层板，以提高镀层的结合力，防止镀层在加热和成形淬火过程中剥落。

2.2.3 热成形模具设计

由于热成形过程中钢板及模具都在900℃以上到室温这一复杂的温度中变化，并且模具集板料成形与淬火过程于一身，所以模具设计是热成形技术的另一个难点问题。其主要技术流程包括模具表面设计、模具冷却系统设计和模具结构设计等。可用计算机和LS-DYNA软件进行成形模拟和冷却过程模拟，利用材料的高温性能如流变曲线、摩擦系数、FLD等参量进行成形模拟，并进行热传递模拟，这一过程实际是热力学、机械学耦合模拟。其模拟结果将作为模具设计方案确定的重要依据，并据此进行原型试生产和批量生产。同时，我们还可利用计算机模拟，进行碰撞分析和静载压溃分析。(1)模具材料的选择。

热成形的模具材料相比常规成形提出了更高的要求。不仅要求模具有良好的热强度、热硬度，高的耐磨性和疲劳性能，而且要能保证成形件的尺寸精度。同时要能够抵抗高温板料对模具产生的强力热摩擦以及脱落的氧化层碎片及颗粒在高温下对模具表面的磨粒磨损效应，并且能够稳定的工作在剧烈的冷热交替条件下。根据模具的加热温度，选用合理的模具材料，一般需要参考热锻用热作模具钢，选用合理的模具材料。蒂森的热冲压模具，采用具有很高热传导系数的模具材料(Glidcop—一种Al2O3/Cu复合材料)。(2)模具凸、凹模设计。

由于热胀冷缩的影响，零件最终的尺寸和冲压成形时的尺寸存在一定的误差，因此为保证零件的尺寸精度，必须在考虑热胀冷缩效应的基础上合理确定模具凸、凹模的尺寸。(3)冷却机构的设计。

对于热成形零件冷却机构的选择既要保证零件的冷却速度足够大，如某硼钢的临界冷却速度为30℃/s，使奥氏体尽可能多地转化成马氏体，保证零件的强度。而且还要避免零件和模具因冷却速度过大而引起开裂。通常采用在模具内通冷却水的方式对模具并通过模具对成形后的零件进行冷却。

(4)目前板材热成形工艺应用中尚存在的难点热成形工艺作为一种新型的、特殊的工艺也有其自身的缺点。

a)零件成形后冷却速度和保压时间难控制。

b)由于热加工成形的零件在冷却至室温的过程中，不同部位冷却速度不同会导致零件发生严重的变形，从而影响成形零件的尺寸精度。

c)由于热成形零件后续加工难度大，因而只能是应用于一道工序即可成形的简单零件，如梁、柱等类型的零件。同时，热成形工序并入现有冲压车间难度大。

d)与普通冲压模具相比，由于受模具材料的强度选择、模具热处理工艺、高应力集中、模具表面温度频繁升高和降低、以及由于模具凸、凹模表面的高温软化加剧了磨损等因素的影响，热成形模具容易失效，导致模具使用寿命降低。2.2.4 热成形零件的检测

热成形零件具有的压溃性能(碰撞后的低的侵入)决定了其很适合用于安全件。热成形零件的加工通常需要经过激光切割、冲裁孔、点焊、冷成形、装配以及油漆等工序，因此对热成形零件需要检测的内容很多。首先是要对热成形零件进行力学性能检测、形状检测、厚度分布检测和引入的内应力检测，还要根据不同零件的不同要求，采用不同的方法进行实物性能检测。对于一个合格的热成形零件，应当满足高强度、轻量化和安全性的要求，同时还应具备好的强度与韧性结合性、尺寸稳定性、可加工性(几何尺寸稳定性)、可焊性以及疲劳抗力等。热成形钢技术应用发展

国内首家热冲压零部件有限公司于05年在宝钢成立。并且用于热冲压成形的高强度钢—硼钢，也是由上海宝钢独家供货。宝钢生产的硼钢牌号为：1.85mm以上热轧，BR1500HS；1.85mm以下冷轧，B1500HS。与欧洲热冲压高强度钢22MnB5对应。屈服强度1000MPa、抗拉强度1400MPa、延伸率5%。相对于热冲压零部件有限公司的批量生产，宝钢股份研究院技术中心拥有独立的试制生产线。从2005年开始，已完成车身165个件的试制，其中12个样件一次试制成功。表3为宝钢热冲压机组相关参数。表3 宝钢热冲压机组相关参数

近几年来，热成形制造的零件的应用越来越广泛。中国上海大众在PASSATB6等多款车型中，热成形的部分占据了整个车身质量的15%，一般用在A/B/C柱及加强板还有中央通道、保险杠支架等地方。将典型的热成形用钢22MnB5在冲压前加热到950℃附近，然后在一个水冷模具中加压成形，再通过模具淬火最终零件的强度可以将大众汽车提到的1500MPa。但是在强度提高的同时，硼钢的冲击韧性受到越来越多的关注。由于微观组织全是由非常硬的马氏体构成，韧性就降低了，这一点非常关键。因为在碰撞试验中，这些零件通常都是放在用来承受很高的冲击载荷的地方。但是，现在还没有可靠的材料可以用来进行韧性与脆性之间的转换。在蒂森公司最近对淬火－回火的厚坯的研究中提到，铌微合金化的应用可以提高热成形钢的韧性。在这种情况下，用来防止硼和溶解的铌相结合，钛应该由铌和铝的化合物取代。这样做的结果是造成裂纹起始点的TiN粒子可以避免或被细小的碳、氮铌化物沉淀取代，从而降低热轧时晶粒尺寸，同样也可以在冲压前加热到950℃的过程中限制晶粒的长大。通常，晶粒细化对韧性是有利的。

由高强度板热成形制造的车身零部件如图6所示。与传统成形零件相比，热成形零件具有以下优点：

1)高强度：屈服强度可达到1200MPa，抗拉强度可达到1600MPa-2000MPa。2)高硬度：高达6t的静压不损坏。3)轻量化：板厚比传统钢板减薄达35%。

4)消除回弹影响，提高制造精度。

图7 高强度钢板热成形零部件

(前后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底通道框架、仪表台支架以及车门内板、车门防撞杆等)结束语

综上可知，高强度钢以其轻质、高强度的特点仍是汽车用钢材的首选，并已成为满足汽车减重和增加碰撞性能和安全性能的重要途径。但是，常规高强度钢在室温下不仅变形能力很差，而且塑性变形范围很窄，所需冲压力大、容易开裂。同时，成形后零件的回弹增加，导致零件尺寸和形状稳定性变差。因此传统的成形方法难以解决高强度钢板在汽车车身制造中遇到的问题。热冲压成形技术便是解决上述问题的一种新型成形技术。近年来，世界各国汽车业投入大量的精力来开展以硼钢为主的先进高强度钢板开发及热成形技术的研究，并取得了长足的发展。这项技术在我国还属于起步阶段，因此对超高强度硼钢热成形技术的研究对我国的汽车工业的发展具有重要意义。

第四篇：汽车用塑料的现状和发展趋势

汽车用塑料的现状和发展趋势

一、车身塑料使用现状

商用车塑料产品发展的最新特点是产品大型化和装配集成化。目前车身塑料制品中，1m以上的产品已经非常普遍，部分塑料产品长度已经达到2m以上。同时，产品集成化程度提高，像仪表板这样的总成已经集成为一体进行线下装配，也导致塑料配件具有更加复杂的结构。这样，不仅仅要求材料具有高流动、高刚性等基本性能要求，材料的颜色也必须有很好的稳定性。应用先进的加工工艺用于保证制品性能，降低扭曲等现象。下面仅仅就几种使用量较大的材料，介绍目前车身塑料使用现状。

1、改性PP材料

车身塑料材料中，目前使用最多的是改性PP系列材料。使用部件包括仪表板、车门护板、装饰面板等大型内饰部件和保险杠、水箱面罩、挡泥板等外装部件。以改性PP为主的聚烯烃材料已经占到车用塑料使用量的50％以上。改性PP材料目前在使用中，特别注重以下特点：

1．1 高流动性。目前改性PP材料的熔融指数往往达到20～30g/10min。以提高产品的熔接痕强度，降低表面熔接线。为了保证材料制品表观颜色的要求，对PP基料的选择也有更严格的要求，使用专门合成的PP材料满足改性要求。1．2 性能要求合理化。对于不同部位的产品，材料性能要求更为合理。例如，仪表板使用的改性PP有的已经达到了2G的弯曲模量和25KJ/M2的冲击强度，而门护板则要求在5KJ/M2左右的冲击强度即可。

1．3 密度成为重要指标。为了有效降低材料成本，在材料性能严格要求的同时，材料密度也成为一项重要的指标。目前，国内商用车塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/2，因此材料密度对于制品成本控制具有重要的作用。上述几个方面的要求往往是相互限制，因此对于材料的配方设计、制品加工等都提出了比以前更为严格的要求。同时，随着材料合成技术和加工技术的进步，部分内饰产品也开始用纯PP材料，进一步降低了材料成本。

2、ABS类材料

ABS的品种多，由于表面处理效果好。因此在车身材料中一直广受欢迎。由于ABS耐候性差，目前商用车中已经广泛使用高耐候的AES、ASA等材料作为ABS的补充。当产品需要表面处理时，例如水转印膜、喷涂时，采用ABS；不需要表面处理时，选用ASA、AES等。

3、SMC等玻纤增强材料

SMC综合性能远超过其他工程塑料、并且是可以在线喷漆的材料，在商用车车身开发中一直占有重要的位置。目前车用SMC的弯曲模量一般超过10GPa，冲击强度高达60KJ/m2以上，可以制备保险杠、支柱、发动机面罩、各类挡板等大表面积的制品。其他热塑性玻纤增强工程塑料也由于强度高，在实际使用中得到了广泛的应用，例如PC/PET-GF10、PP-GF30等材料。

二、车身塑料材料的使用趋势

车身塑料的使用除了性能要求和工艺要求等客观条件，还受到材料使用趋势等影响。这种趋势往往会形成强制的要求。目前在车身用塑料材料中，下面几个趋势正在成为现实。

1、材料统一性

这种统一包括基础材料和填料使用类型统一，用来方便回收增值。目前，内饰用塑料材料已经向着聚烯烃材料的方向统一，主要是改性PP、PE材料、聚烯烃弹性体等。外装材料目前仍然有多种材料在不同的车型中使用，目前主要的使用品种为改性PP、SMC、ABS类等。车用材料的回收已经成为一项法规性项目，塑料材料由于回收方便，可以在这方面做出一定贡献。

2、车身内饰空间的环境保护

目前，由于内饰附件已经基本塑料化，塑料制品在加工装配过程和使用过程中，会挥发出大量的有机物（VOC）。有效降低VOC已经是内饰材料的一个重大课题。目前，国内外许多材料厂商都在致力于低味道、低挥发性改性材料和环境友好型粘接剂等材料，满足车身内饰的环境保护要求。对于抗菌面料的研究也在努力推进中。

3、低成本材料方案

塑料制品的价格优势主要表现在加工装配简单。但是塑料本身是一种高价材料，并且材料价格对制品价格的影响较大。塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/3～1/2，这也说明车用塑料制品加工技术相对落后、制品功能性差导致增值过程太低，限制了车用塑料制品采用更优异的加工技术提高产品性能。低成本方案现在主要有两种方式。

第一是采用更低廉的材料，比如回收材料等。这种低附加值创新只能进一步恶化国内零部件环境，但不失为目前的一个有效方法。

第二是采用性能更优异的材料，通过降低产品用料来降低材料成本，同时提高加工技术。这种创新型低成本材料方案是塑料供应商和制品加工厂商一直在从事的方向，但是目前仍然收到价格限制而进步缓慢。

三、车身塑料应用的饱和性分析

目前，车身附件的塑料材料使用已经达到了一个很高的水平。塑料材料要扩大在商用车车身的应用，在可以预见的一段时间内，仍受到技术限制。分析车身附件塑料的饱和性，对于材料的进一步使用和发展都有重要的意义。

1、材料使用部位的饱和性分析

目前，车身内饰和外部装饰中，大表面积零件的塑料使用也已经得到了饱和程度。仅仅有部分零件尚未塑料化。主要包括各类支撑固定板、仪表板梁及其支架总成、座椅支架等各类支架等。这些部位由于收到一定的拉、压、弯等应力，往往采用金属部件。事实上，象座椅支架这样的产品，已经开始尝试塑料材料。目前，长玻纤增强塑（LFT）已经广泛使用在国外轿车领域，对于这些支架产品是非常合适的一类材料，由于新材料的成本和加工技术的不断进步，车身内饰外装部件实现全部塑料化已经非常接近。对于轿车上不断推进的全塑车身，商用车目前并不具备可比性。但是像车门这样的大型制件，采用塑料成型有一定的可行性。部分车身部件也已经采用SMC等作为成型部件使用多年。全塑车身发展过程中研究的高级加工技术，也推动了其他车身塑料部件进步。

2、材料使用类型的饱和性分析

同一制品使用的塑料材料中，往往可以采用不同的塑料类型。一般说来，任何一个制品都可以有2～3种材料满足使用要求。例如，发动机面罩可以采用SMC、ABS喷涂、改性PP、AES等材料，保险杠材料也可以采用金属、SMC、改性PP、PC/PBT等多种材料。目前已经形成了多材料相互竞争的局面。在设计初期，考虑成本、产量、车型配置，并预测后续产品改进等因素，进行合理的选择。随着新材料的不断进步，有更多的材料供车身产品选择。

3、塑料制品的问题与解决方案

虽然车身附件中塑料制品得到了广泛的使用，但是在使用中仍然存在许多问题。这些问题会导致客户对塑料制品的满意度下降，设计人员怀疑塑料制品的性能。一般来说，这种满意程度下降的直接反应就是改换为金属制品或者采用更高等级的塑料制品，从而增加了产品成本。例如，对于PP材料而言，无论如何改性，总是存在着低温脆性和高温刚性的矛盾，后结晶现象也造成尺寸稳定性相对较差。虽然针对不同制品采取了不同的材料方案和设计方案，外部装饰件的部分改性PP制品总不是令人满意。目前，新开发的商用车身（特别是中高档商用车）在重要外装件的使用中，明显降低了改性PP产品，而使用SMC作为保险杠、AES作为面罩等。从设计人员的反馈来看，改性PP的外装制品已经是低挡产品的别称。通过加工技术的进步来提高改性PP制品满意度的工作作为一个相对落后的领域，应该给予相当的注意。

塑料制品使用过程中的高维修费用也是一个问题，特别是保险杠这样的重要产品。虽然塑料保险杠可以在发生事故时可以起到保护对方的作用。但是绝大部分用户对塑料保险杠使用过程中的易损坏性和高维修费用总是不满意。从产品设计角度看来，目前最重要的依然是基于装配的设计（DFA），设计重点在于装配和运动干涉等信息，车身设计人员关注制品最后使用状态，却往往在设计初期无法预测塑料产品在制造过程中带来的潜在风险。塑料材料的使用都是通过制品制造体现出来，所有的零部件必须制备合格，才可以满足设计和使用要求。在材料选择和性能匹配已经相对完善的今天，基于制造的设计（DFM）就成为塑料应用的新课题。从现有发展看来，车身塑料制品的DFM主要表现在产品成型新工艺和CAE模拟两个方面。

在成型工艺方面，低压成型技术一直是塑料产品成型加工中大力发展的领域。气体辅助成型、注塑－压制工艺、模内装饰工艺等，都是低压成型技术的具体应用。其中气体辅助成型已经得到了广泛的使用。新工艺的实行，可以突破塑料制品原有设计限制，给车身塑料制品带来质的提高。

CAE模拟技术包括应力分析CAE和模流模拟CAE，也已经在生产中得到了应用。CAE技术有助于对制品强度和加工过程中出现的问题预测。目前，车身塑料制品的质量控制已经达到了量化阶段。CAE模拟可以有限控制开发风险，降低产品试制次数。

当成型加工和CAE模拟都用于产品开发阶段时，材料、制品设计、加工形成了三位一体的高级阶段。目前国内的商用车车身塑料产品设计正在向这方面迅速发

第五篇：高强度汽车板技术进展

高强度汽车板技术进展

摘要：轻量化是汽车“减重节能”的需要，采用高强度钢板已被证明是最佳的材料技术解决方案。高强度钢板的大量应用不但可以降低汽车的重量，减少钢材的使用，还可以提高车身的被动安全性和刚度等。简要回顾近年来国外汽车采用高强度钢板的情况，结合国内汽车的发展，重点论述宝钢高强度钢板技术的进展，并对下一步的发展进行展望。

O列言

“轻量化”之所以得到汽车行业的重视，是因为它可直接降低油耗、减少排放。资料表明，车重减轻lOqo，可节省燃油3% ~7qv[I]。但是，在过去的10多年当中，由于舒适、安全性要求的提高，汽车的重量却在逐年提高[2-3J，重量增加20010 30%，这显然不是人们期望的。与此同时，新能源汽车（如燃料电池、混合动力和氢能源等）的发展对汽车的轻量化要求更加迫切。

为了实现汽车的轻量化，近年来世界各大车厂、钢铁协会、铝协会等组织和一些钢厂先后进行了多项汽车轻量化项目的研究。尽管实现轻量化的技术路线不同，但目标相同，均能实现20%一40%的减重效果。研究结果表明，尽管铝、镁和塑料等轻质材料在汽车轻量化中被采用的越来越多，但钢铁仍然是汽车制造的主要材料，只是其内涵发生了很大的变化，即由原来的以软钢为主发展到以高强度钢板力主，结合相关先进钢铁加工技术的使用，在实现汽车轻量化的同时，还提高了汽车车身的被动安全性和刚度等。

近年来，我国的汽车行业发展迅速，2008年已成为世界第二大生产和消费国，2009年有望跃居第一，但高强度钢板的使用比例同国外相比差距较大。回顾了国外汽车采用高强度钢板的情况，结合国内汽车的发展，论述了近年来宝钢高强度钢板技术的进展，并对下一步的发展进行了展望。

1钢汽车轻量化项目及高强度钢板的应用

由国际钢铁协会组织的汽车轻量化项目主要包括超轻钢白车身(ULSAB)、超轻钢覆盖件

(ULSAC)、超轻钢悬挂件(ULSAS)和在此基础上的超轻钢概念车项目(ULSAB-AVC)‘4]。整个项目 于1994年开始，到2002年结束，在国际钢铁协会的统一协调下工作，委托位于美国底特律的保时捷工程服务中心执行开发，宝钢作为中国大陆惟一的钢厂参加了部分项目。在这之后，安赛乐和蒂森钢厂结合自己的技术特点，分别开展了钢概念轻量化白车身的项目研究，分别为ABC(Arcelor BodyConcept)和NSB(New Steel Concept)。其共同特点是，通过大量采用高强度钢板均实现了200-/0-25c/o的减重效果。ULSAB-AVC项目中，白车身l00%采用了高强度钢板，其中超过60%为超高强度（抗拉强度大于590 MPa）钢板；ABC项目中，90%采用了高强度钢板，其中超高强度钢板为57%；NSC项目中，84%采用了高强度钢板，其中超高强度钢板为 25%，从中可看出，高强度钢板的使用比例约47%-81%，其中一般高强度钢板为43%500-/0）。2004年开始，国内高强度钢板的使用比例提高较快，随着汽车业竞争的加剧和汽车碰撞法规的日益完善，国内汽车使用高强度钢板的比例将进～步提高，逐渐与国外接轨。

2宝钢高强度钢板的发展 2.1高强度钢板的种类

随着钢板强度的提高，延伸率下降，相比较而言，DP、TRIP和TWIP钢在拥有高强度的同时还表现出了高的延伸率。ULSAB-AVC项目中，把屈服强度<210 MPa的钢板归为软钢，屈服强度为210-550 MPa的归为高强度钢板，屈服强度>550 MPa的归为超高强度钢板。将以固溶强化和析出强化为主的高强度IF钢、各向同性钢、烘烤硬化钢、破锰钢和高强度低合金钢统

称为常规的高强度钢板。为了同常规的高强度钢板区别开，把DP、TRIP和Mart等以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，其抗拉强度范围500-1 500 MPa。这类钢板具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的疲劳强度、高的成形性和低的平面各向异性等优点‘ 2.2宝钢高强度钢板的开发历程

20世纪90年代初，当时国内的车型主要以桑塔纳、捷达和富康为主，高强度钢板的使用相对较少，这个时期的产品主要是常规的高强度钢，生产依托2 030 mm冷轧，退火以罩式炉为主，先后开发了高强度IF钢、烘烤硬化钢、碳锰钢和高强度低合金钢板系列。2000年1 550 mm冷轧投产后，宝钢汽车板品种中的热镀锌和电镀锌钢板得到了快速发展，在此阶段重点开发了电镀锌烘烤硬化钢、电镀锌各向同性钢、冷轧吸热镀锌双相钢及高强度低合金钢系列，满足了奥迪、帕萨特和别克等代表车型的需求。2005年1 800 mm冷轧的投产，重点解决了以日系车天籁、皇冠等车型为主的热镀锌合金化钢板的生产。2008年投产的1 780 mm冷轧，特别是高强钢专用生产线的投产，为宝钢超高强度钢板的生产奠定了基础，将宝钢可提供的钢板抗拉强度级别从780 MPa提高到1 500 MPa，成为国际上为数不多的几家可生产超高强度钢板的企业。经过近20年的持续发展，宝钢汽车用高强度钢板已经形成了齐全的家族系列 2.3 宝钢高强钢专用线及超高强钢的开发

为了满足国内汽车日益发展的需求，宝钢从2004年起就开始筹划高强钢生产专用线，于2007年初开始正式建设，自2009年3月开始调试以来，先后成功试制出冷轧l 500 MPa和热镀锌980 MPa级别的超高强度钢板，室钢高强钢专用生产线及所生产的产品有以下特点和技术优势：

(1)可生产抗拉强度为340-1 500 MPa的冷轧普板、抗拉强度为340-980 MPa的热镀锌高 强度钢板。本机组特别适合生产超高强度钢板是目前国内惟一一条超高强度钢板专用生产线。图6是采用这条专用线生产的典型高强及超高强度钢板的应力应变曲线，包括590 MPa级别的DP和TRIP钢、780 MPa的DP钢、980 MPa级别的DP和马氏体钢、l 180 MPa的马氏体钢和1 500 MPa级别的马氏体钢。

(2)产线具有多功能性，可生产冷轧普板和热镀锌钢板。冷轧普板可采用高浓度的氢气冷

却和水淬冷却两种模式进行生产。

(3)激光焊机进行焊接，保证了超高强钢的焊接质量及生产时带钢的稳定运行。

(4)退火炉的加热段采用明火加热，有利于改善高强钢热镀锌的可镀性能。

(5)冷却速度快，当采用600-/0以上浓度的氢气进行冷却时，对l mm的钢板其冷却速度可达140C/s以上；当采用水淬冷却时，钢板的冷却速度可超过5000C/s。较快的冷却速度可实现高强度钢板的低碳当量成分设计，从而提高产品的焊接性能。如DP780钢的P。值（P。=WC+ WSi/30+WM。/20 +2wp +4ws），可由常规冷却时的0.30降到高速冷却条件下的0.21。

(6)冷轧钢板表面具有良好的涂装性能，特别是水淬后钢板经过酸洗工序后，可使钢板表面的Mn等元素富集程度降低，从而进一步提高冷轧钢板的耐蚀性和涂装性。图7是采用水淬冷却工艺生产的980 MPa级别的马氏体钢的表面磷化膜照片，结晶尺寸为4 ym，膜重2.8 g/mz，磷化结晶均匀，遮盖率高，膜重和结晶尺寸均达到标准要求，说明钢板的可磷化性良好。3结语

高强度钢是实现汽车轻量化和提高被动安全性能的主要材料。宝钢经过近20年的发展，已经形成了门类和级别齐全的高强度钢板家族系列。随着国内汽车板市场竞争的加剧，宝钢需要不断开发新产品来满足用户的需求，近期还需要开展 以下三方面的工作：

(1)开发兼有更高强度和延伸率的新一代先进高强度钢，如淬火配分钢Q＆p[7]和孪晶诱发 塑性钢TyVIP[8。93等。

(2)开展AHSS钢板的使用技术研究。特别是超高强度钢板，除开展成形、高速动态性能、疲劳性能以及焊接性能研究外，还要开展有关模具和剪切等方面的研究，为用户更好的使用奠定技术基础。

(3)性能稳定性的系统控制。相对于一般的高强度而言，AHSS钢板对成分和工艺具有更 高的敏感性，需要各生产工序的稳定控制及合理的组织生产。