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日本汽車金屬材料應(yīng)用發(fā)展及變化特征(二)
作者:張銀環(huán)   來源:技術(shù)中心 發(fā)布時(shí)間:2010年05月18日 點(diǎn)擊數(shù):

1.2 安全性及輕量化應(yīng)用材料
  日本汽車材料開發(fā)應(yīng)用的另一特點(diǎn)是從汽車安全性及輕量化方面充分考慮使用高強(qiáng)度材料。汽車用鋼板材料主要是通過提高鋼板抗拉強(qiáng)度來降低鋼板厚度,進(jìn)而達(dá)到在滿足汽車車身所需剛性變形條件下,最大限度減輕鋼板質(zhì)量。日本20世紀(jì)90年代開始研究高強(qiáng)度鋼板,抗拉強(qiáng)度逐步提高,提高到1180MPa,最新開發(fā)的熱沖壓材料最大Rm,值可達(dá)1600MPa。以下介紹兩種日本開發(fā)的代表性高強(qiáng)度材料。
1.2.1 汽車用高強(qiáng)度材料
1.2.1.1使用對(duì)象及變化
  高強(qiáng)度鋼材使用對(duì)象分為兩部分,一部分是汽車車身、減振及車輪用部件,另一部分是底盤和排氣系統(tǒng)。如:需要具備防碰撞功能的零件,汽車門內(nèi)防撞梁,汽車前后保險(xiǎn)杠防撞板,車身A柱,B柱,發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁,儀表板支架,門檻加強(qiáng)板,汽車座椅骨架等車身部件;車輪輪輻和輪輞高強(qiáng)度鋼板;高強(qiáng)度彈簧、高碳傳動(dòng)軸管、高強(qiáng)度發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓等。汽車結(jié)構(gòu)件用各種特殊鋼強(qiáng)度一般都達(dá)到1000MPa,如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向扭桿等。圖1列出日本高強(qiáng)度材料到2014年前的發(fā)展及使用預(yù)測。到2014年高強(qiáng)度鋼材使用比例將從目前的40%多提高到60%。高強(qiáng)度材料采用比例急劇增加、汽車材料高強(qiáng)度化將成為汽車發(fā)展的重要特征。
1.2.1.2使用狀況
  汽車高強(qiáng)度材料的開發(fā)始于1980年,由于第二次世界石油危機(jī)后美國頒布CAFe法規(guī),開始限制燃油標(biāo)準(zhǔn),日本也于1979年制一定了燃油目標(biāo)公示值標(biāo)準(zhǔn),由此開始了一般高強(qiáng)度材料、IF-BH鋼高強(qiáng)度材料以及HOT-DP熱一軋支撐框架類用高強(qiáng)度材料和HOT-TRIP高強(qiáng)度支架用熱軋材料的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代開始,美國公布了PNGV大氣凈化法規(guī),日本在1993年也提出了新的燃油標(biāo)準(zhǔn)和防碰撞安全試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),使得高強(qiáng)度鋼板、能有效吸收碰撞能量材料等相繼開發(fā)使用。2000年在日本京都召開了地球溫暖問題會(huì)議,就防止地球溫暖化發(fā)表了京都會(huì)議宣言。從此,高強(qiáng)度材料的應(yīng)用開始迅速普及。
  從高強(qiáng)度材料使用預(yù)測來看,高強(qiáng)度材料分為340~390、390~440、440~540、590MPa以上、780MPa以上、980MPa以上6個(gè)等級(jí)。
  按強(qiáng)度等級(jí)分類,主要汽車零部件使用材料強(qiáng)度如下。
340390MPa車身用鋼板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板、行李箱內(nèi)板、輪罩板、車門板、水箱外板等。
390~440MPa發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板、行李箱外板、翼子板、前底板、門檻加強(qiáng)板等。
590MPa級(jí):發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、門框加強(qiáng)板、中底板加強(qiáng)板、底板加強(qiáng)梁、輪輻等。
780MPa級(jí):轉(zhuǎn)向支架、輪輞、后上門框加強(qiáng)板等。
980MPa級(jí):門內(nèi)板防撞梁、汽車座椅骨架、保險(xiǎn)杠防撞梁等。
  今后,汽車高強(qiáng)度材料使用主要是向高性能、高強(qiáng)度材料發(fā)展,進(jìn)一步滿足輕量化要求,提高抗沖擊性能,同時(shí)進(jìn)一步提高工藝加工性能。
主要開發(fā)材料特征如下。
 a.BH鋼板應(yīng)用開發(fā)。主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩板,具有高強(qiáng)度、耐熱性能。
 b:高強(qiáng)度DP、TRIP鋼。使用強(qiáng)度在780MPa以上材料,主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁等。
 c.高強(qiáng)度鋼板。強(qiáng)度為980~1180MPa的材料,主要應(yīng)用在汽車保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁等。
 d.高強(qiáng)度熱軋鋼板。較厚鋼板一般采用熱軋材料,廣泛使用的熱軋鋼板強(qiáng)度值在440MPa以下。日本開發(fā)的熱軋鋼板強(qiáng)度為590;780MPa的材料將愈來愈多使用在加強(qiáng)梁等部件中。
 e.輪輻、輪輞用高強(qiáng)度材料。目前,輪輻材料強(qiáng)度一般在370-440MPa;輪輞材料強(qiáng)度在440-590MPa。今后,輪輻將更多采用590MPa以上材料,輪輞采用780MPa以上材料。
  熱軋材料一般較重,強(qiáng)度提高對(duì)減輕質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)汽車輕量化有明顯效果。如車輪鋼材,輪輻材料強(qiáng)度如果從370MPa提高到590MPa,相對(duì)質(zhì)量可減輕19%;輪輞材料強(qiáng)度從440MPa提高到780MPa,材料質(zhì)量可減輕16%.
1.2.2 高溫?zé)釠_壓成形鋼板
  高溫?zé)釠_壓成形鋼板是新日本鋼鐵株式會(huì)社和歐洲ARCELOR共同開發(fā)的超高強(qiáng)度材料,強(qiáng)度值可達(dá)到1600MPa,目前在歐美和日本主要汽車制造企業(yè)開始使用。
1.2.2.1使用對(duì)象和目的
  超高強(qiáng)度鋼板使用對(duì)象主要為防撞零件,如車門防撞桿、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁,A柱,B柱、門框加強(qiáng)梁等。防撞零件一般要求強(qiáng)度較高,日本和歐洲開發(fā)的超高強(qiáng)度鋼板彌補(bǔ)了這一缺欠。
1.2.2.2特征
  鋼板強(qiáng)度提高后,面臨鋼板沖壓性能較差和回彈度增大兩個(gè)問題。
  超高強(qiáng)度鋼板加工方法如下:
  鋼板→加熱(加熱爐停留5min)→加熱鋼板(900~950℃、200MPa以下)→沖壓(在沖壓機(jī)中模具內(nèi)實(shí)現(xiàn)淬火處理)→拋丸處理(去除氧化皮)→成品(1600MPa)。
  為減少熱軋鋼板熱加工易生成氧化皮阿題,在超高強(qiáng)度鋼板表面上進(jìn)行鍍鋁處理,即形成超高強(qiáng)度鍍鋁鋼板。
日本開發(fā)的超高強(qiáng)度鋼板有以下特點(diǎn)。
 a.在高溫環(huán)境下質(zhì)地柔軟,拉深成形良好,保持預(yù)訂形狀無回彈,成形后殘余應(yīng)力較小。
 b.可在保持良好成形性的同時(shí)生產(chǎn)各種強(qiáng)度級(jí)別的鋼板(通過調(diào)整化學(xué)成分)。
 c.可一次成形,成形負(fù)荷較低。熱沖壓(成形非常柔軟)廠在300t左右沖壓機(jī)上;980MPa以上的鋼板成形在2000-3000t沖壓機(jī)上。
1.2.2.3主要性能
 a.可獲得極高強(qiáng)度材料。熱沖壓材料強(qiáng)度可以達(dá)到1600MPa。該強(qiáng)度下材料可以保持良好的淬透。
 b,淬火前后機(jī)械特性明顯,日本某公司實(shí)際測定特性值.如表3。

 c.可保持良好的韌性,沖擊韌度達(dá)到80J/cm2(溫度在0100℃),低溫脆性也較好。
 d.經(jīng)過鍍鋁處理的超高強(qiáng)度鋼板耐腐蝕性非常好,并適合于涂裝加工,其中耐腐蝕性能優(yōu)于GA板。
 e.焊接性能較好,可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)焊接,焊接部位強(qiáng)度穩(wěn)定。
1.2.2.4今后課題(對(duì)于裸材超高強(qiáng)度鋼板)
  熱沖壓鋼板在使用時(shí)存在以下問題。
 a.熱沖壓成形容易因脫碳導(dǎo)致鋼板強(qiáng)度降低、強(qiáng)度不勻,并在鋼板表面產(chǎn)生氧化皮。該氧化皮易附著于模具上, 進(jìn)而附著在鋼板表面。
 b.使用拋丸處理也可能殘留氧化皮和造成殘留應(yīng)力。
c.需要后鍍膜等,在需要耐腐蝕性較高部位進(jìn)行再處理。
由于以上原因,目前在使用超高強(qiáng)度鋼板時(shí)一般使用熱沖壓成形鍍鋁鋼板。

                   ——《中國金相分析網(wǎng)》