汽車超高強(qiáng)度鋼（AHSS）薄板是現(xiàn)代轎車車身制造過程中的首選材料。使用該材料后，車身重量會下降20%左右，整車重量會下降3至5%，轎車的燃油消耗下降2%左右，轎車的廢氣排放情況也會有所改善。新材料及其相應(yīng)新工藝中的制定板材技術(shù)、智能化沖壓技術(shù)和激光技術(shù)等，使現(xiàn)代車身制造技術(shù)產(chǎn)生了一個新的飛躍。
在汽車車身制造的發(fā)展進(jìn)程中，早期的汽車車身是使用低強(qiáng)度鋼薄板（如A1、A2、A3鋼板），屈服強(qiáng)度少于210MPa。后來，大多數(shù)汽車車身都使用高強(qiáng)度鋼板（如HSS鋼，包括CMN、HSLA、BH、HSSIF鋼等），屈服強(qiáng)度在210Mpa至550MPa之間。近幾年，有些汽車開始采用超高強(qiáng)度鋼薄板（AHSS鋼中M、DP、TRIP、CP鋼），其屈服強(qiáng)度在550MPa至1200MPa之間。目前全世界擁有6.25億輛汽車，這成為大量能源的消耗，大量產(chǎn)生排放和噪音，造成環(huán)境污染的主要源頭。在汽車制造中采用超高強(qiáng)度鋼薄板，是解決汽車車身自重大、噪音大、油耗高、回收利用率低、成本高等難題的有效途徑之一。
性能和選用
汽車車身用超高強(qiáng)度鋼薄板，主要是指AHSS鋼，包括：雙相鋼（DP）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP）、復(fù)相鋼（CP）和馬氏體鋼（M）。這類鋼主要通過相應(yīng)的相變來強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu)，達(dá)到相對的超高強(qiáng)度（強(qiáng)度范圍500至1500MPa），并且具有較高的疲勞強(qiáng)度、成型塑性、碰撞吸收性能、高的減振減重潛能和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn)。
DP鋼
DP鋼主要的組織是鐵素體和馬氏體或奧氏體，其中馬氏體含量在5%至20%之間。強(qiáng)度為500至1200MPa,并具有低的屈強(qiáng)比、高硬化指數(shù)、高加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性能，而沒有屈服延伸和室溫時效等優(yōu)點(diǎn)。DP鋼一般用于制造高的強(qiáng)度、高的抗碰撞吸收、易成型、要求嚴(yán)格的零件，如車輪輪轂、保險杠、懸掛系統(tǒng)和加強(qiáng)件，也可用在汽車的內(nèi)外板等零件上。DP鋼主要成份是C和Mn，也可適量加CrMo，使C曲線右移，避免冷卻時析出珠光體和奧氏體。
TRIP鋼
TRIP鋼主要組織是鐵素體、奧氏體和殘留奧氏體。主要成份是C、Si和Mn，其中Si作用是抑制貝氏體轉(zhuǎn)變時滲碳體析出。屈服強(qiáng)度為600至800MPa。與其他同級別的高強(qiáng)度鋼相比，TRIP鋼的最大特點(diǎn)是兼具高強(qiáng)度和高延伸性能，可沖制較復(fù)雜的零件；還具有高碰撞吸收性能，車身一旦遭遇碰撞，通過自身形變來吸收能量，而不向外傳遞，常用作汽車的保險杠、汽車底盤等。此外，它還具有優(yōu)良的高速力學(xué)性能和抗疲勞性能，主要用于汽車結(jié)構(gòu)件及其加強(qiáng)件、以及拉延深的汽車零件，如機(jī)油盤、車門、罩殼等。
TRIP鋼系列產(chǎn)品包括熱軋、普冷、電鍍和熱鍍鋅幾大類。寶鋼開發(fā)成功的TRIP鋼，強(qiáng)度級別為60公斤，大致能使車身減薄10%至20%。
CP鋼
CP鋼主要組織是細(xì)小的鐵素體和高比例的硬相（馬氏體、貝氏體），含有NbTi等元素。CP鋼同TRIP鋼的冷卻模式相同，屈服強(qiáng)度為800至1000MPa，具有較高的吸收性能和吸收擴(kuò)孔性能，特別適用于制作車門、防撞桿等零件。
M鋼
M鋼主要組織是通過高溫的奧氏體組織快速淬火，轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，含有較高的C、Mn、Si、Cr、Mo、B、V、Ni等合金元素。其最高屈服強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，是超高強(qiáng)度鋼中強(qiáng)度級別最高的鋼種，主要用于成型要求低的車身零部件，代替管狀零件，減少制造成本。
超高強(qiáng)度鋼薄板加工工藝
常用加工工藝
材料的性能、車身的結(jié)構(gòu)決定了零部件的加工工藝，因此工藝與材料和結(jié)構(gòu)的匹配十分重要。通常乘用車車身結(jié)構(gòu)可分：雙層薄殼結(jié)構(gòu)（四門總成）、兩蓋結(jié)構(gòu)（車頂蓋、發(fā)動機(jī)蓋）、門柱結(jié)構(gòu)（左右前門柱）、后側(cè)面結(jié)構(gòu)（左右側(cè)面）、外側(cè)外板結(jié)構(gòu)（左右上側(cè)外板）、翼子板結(jié)構(gòu)（左右）、地板結(jié)構(gòu)（左右），共由16塊大鈑金件總成組成。由于各結(jié)構(gòu)的形狀、用材、受力等不一樣，對強(qiáng)度、剛度、拉延、塑性變形的要求各有不同，一般情況下要根據(jù)按結(jié)構(gòu)的形式和要求選擇沖壓工藝。如，壓力機(jī)下的氣墊反向式正向拉延成型，選擇外壓成型式；內(nèi)壓成型或滾動旋壓工藝選擇機(jī)械壓墊、氣壓氣墊等；工藝裝備必要時要考慮機(jī)械化、自動化和工夾具。另外，還要按結(jié)構(gòu)情況選擇各種連接的方式，如焊接、鉚接和搭接。
特殊加工工藝
新材料特性必然產(chǎn)生新的加工工藝，新的加工工藝是新材料正確使用的根本保證。目前，超高強(qiáng)度鋼板薄板的車身生產(chǎn)有如下特殊加工工藝。
定制板材工藝
定制板材是將不同的性能、不同形狀、不同厚度、不同表面處理狀況和表面覆層鋼板根據(jù)規(guī)定的車身尺寸、形狀要求拼焊在一起，因而又稱“激光拼焊”。拼焊鋼板形成沖壓板料毛坯，然后經(jīng)沖壓成型，獲得高性能沖壓件，如側(cè)圍底板、內(nèi)門板、支柱等。
定制板材工藝的重點(diǎn)是焊接和沖壓兩個方面的工序，有多種焊接工藝適合于板材定制的生產(chǎn)，然而只有CO2激光焊接、Na:YAG激光焊接和電阻焊在實際生產(chǎn)中獲得了穩(wěn)定的應(yīng)用。
汽車車身及其附件中的鈑金件約有一百多個零件，采用定制板材技術(shù)后，可使鈑金的零件數(shù)量減少60%左右，因此大大減少模具的數(shù)量，使車身鈑金件和附件的結(jié)構(gòu)大大簡化，提高車身的剛度和堅固性，從而提高汽車的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和可靠性，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)性，使車身鈑金件的制造向高質(zhì)量、低成本、大生產(chǎn)的目標(biāo)進(jìn)軍。
變壓邊力技術(shù)
傳統(tǒng)的恒定壓邊力成型往往難以控制鈑金件起皺、厚度減薄量過大和開裂這幾種缺陷，為此，有關(guān)專家提出了在不同變形特點(diǎn)的成型階段設(shè)置不同的壓邊力。在一般生產(chǎn)中，用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和智能化變壓邊力設(shè)備進(jìn)行加工，雖然工藝設(shè)計難度變大，但可以充分利用材料的成型性能，提高零件的成型質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的合格率。
沖壓智能化技術(shù)
板材沖壓成型的智能化控制是計算機(jī)科學(xué)與板材成型理論相結(jié)合的綜合技術(shù)。根據(jù)對被加工對象的特征物理量的監(jiān)測和控制（如材料溫升和材料厚度變化等），在識別材料的性能參數(shù)時，預(yù)測最優(yōu)工藝參數(shù)，并自動化選擇最優(yōu)的參數(shù)完成板材的成型過程。
激光成型和激光技術(shù)
用激光照射板料的表面某處，該處被瞬間加熱至高溫，同時，加熱區(qū)的熱膨脹使板料產(chǎn)生與激光源相反方向的彎曲，冷卻后成型，或者在激光加熱時沖壓成型。因此，激光成型技術(shù)適合用于受結(jié)構(gòu)限制時工具無法靠近、沖壓力較小的情況下進(jìn)行。激光技術(shù)還包括，激光加熱、激光切割、激光焊接、激光加工和激光表面處理等新技術(shù)。
液壓成型技術(shù)
板料零件的液壓膨脹成型屬于內(nèi)高壓液壓成型，可分為單面液壓成型和雙面液壓成型。目前，汽車車身許多管件和框架機(jī)構(gòu)件都采用各種內(nèi)高壓液壓膨脹成型法進(jìn)行加工。液壓成型屬于柔性成型技術(shù)，模具分為立式和臥式兩種。在一般情況下加工時，將板料毛坯放置在上下模具中壓邊，后進(jìn)行液壓預(yù)成型，然后作邊緣切割和焊接成型。該技術(shù)使復(fù)雜形狀的零件加工簡單化，模具的加工費(fèi)用下降三分之一，生產(chǎn)周期也可大大縮短，具有廣闊的市場發(fā)展情景。
超高強(qiáng)度鋼薄板在汽車車身中的應(yīng)用狀況
試驗證明，采用超高強(qiáng)度鋼材料后可以使汽車在輕量化的同時降低汽車摩擦噪音、降低汽車排放、提高車身的質(zhì)量。由于強(qiáng)度增強(qiáng)可以相對減少用料，減輕汽車重量，以及鋁合金目前在防撞凹性及抗沖擊性能等方面尚無法完全取代鋼材，國際汽車工業(yè)早就提出采用減輕汽車自重的高強(qiáng)度鋼鐵材料。在北美，高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的研究與應(yīng)用是與鋁、鎂合金材料并駕齊驅(qū)進(jìn)行的，并且，超高強(qiáng)度鋼已在部分汽車零件上取代鋁合金和鎂合金，如車輪、座椅骨架、防護(hù)板、前門及后門、橫梁、拖鉤等等。如，標(biāo)致307 4P車身除發(fā)動機(jī)罩為鋁合金板、翼子板為塑料制成以外，其余所有的車身覆蓋件大量使用了高強(qiáng)鋼板，尤其是側(cè)骨架中采用了超高強(qiáng)度鋼板；CITROEN C5轎車中的橫梁是由超高強(qiáng)度鋼板組成；通用五菱推出的雪佛蘭SPARK車身是由47%超高強(qiáng)度鋼板制成，以改善碰撞吸收特性。甚至有的轎車車身薄板所使用的AHSS鋼占全部車身材料的83%左右。
目前AHSS使用的限制性因素中，一方面是獲得困難，如結(jié)構(gòu)用的高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼，國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)發(fā)展和采用了DP、Multi-Phase和Trip，鋼級水平也提高到 1500 MPa，而中國在這方面目前還有明顯的不足。另外，盡管AHSS有很高的成型性，但使用傳統(tǒng)的成型技術(shù)是不適合的，必須采用新的技術(shù)和設(shè)備，即汽車制造廠需要改造現(xiàn)有設(shè)備或更換，對設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模投資。
然而，上述大多數(shù)困難會隨著時間的推移被解決。AHSS的明顯優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計師在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用更薄的鋼板，并獲得相同的強(qiáng)度，因此，盡管AHSS比傳統(tǒng)鋼在價錢上更貴，但由于減輕了重量，實際成本相近。預(yù)計，在今后十年，超高強(qiáng)度鋼在汽車中的應(yīng)用會大幅度增加。
（轉(zhuǎn)載）
