圖1 材料類(lèi)型及對(duì)應(yīng)延伸率、屈服強(qiáng)度
汽車(chē)工業(yè)要求冷軋鋼板重量輕、成形性好、壽命長(zhǎng)、安全性好和環(huán)境友好。為此，DP鋼、TRIP鋼等既能滿(mǎn)足成型要求又能提高強(qiáng)度水平的鋼板得到逐步運(yùn)用。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的新型工藝方法也得到廣泛應(yīng)用。
汽車(chē)工業(yè)對(duì)冷軋鋼板性能的要求
1.汽車(chē)輕量化
提高燃料效率、減少CO2排放造成環(huán)境污染是極為重要的。為達(dá)到此目的，汽車(chē)需在保持原來(lái)的強(qiáng)度水平的情況下滿(mǎn)足輕量化。DP鋼、TRIP鋼就是為此目的而開(kāi)發(fā)的。
2.鋼板的成形性
一般說(shuō)來(lái)，隨著鋼板材料強(qiáng)度的提高，其成形性惡化。為滿(mǎn)足零件成型的需要，DP鋼、TRIP鋼等既能提高強(qiáng)度又能滿(mǎn)足成型要求的新型鋼板將得到大量應(yīng)用。
3.鋼板的抗凹性
汽車(chē)外板有可能遭受外力沖擊，若材料強(qiáng)度過(guò)低，容易發(fā)生凹陷變形。BH鋼在成形后進(jìn)行烤漆的過(guò)程中可以進(jìn)一步提高其強(qiáng)度，汽車(chē)在使用時(shí)得到了更高的強(qiáng)度，具有良好的抗凹陷性。因此，近年對(duì)BH鋼的需求不斷增長(zhǎng)。
圖2 各種鋼的一般強(qiáng)效機(jī)理
4.鋼板的耐腐蝕性
在北美等特殊市場(chǎng)，為除去積雪，大量使用對(duì)鋼有強(qiáng)烈腐蝕作用的氯化鈣，對(duì)汽車(chē)耐腐蝕性提出了更高的要求。應(yīng)對(duì)腐蝕問(wèn)題的重要措施是對(duì)鋼板進(jìn)行各種表面處理，例如鍍鋅。
5.鋼板的安全性
為保證乘用者的安全，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出既具有高強(qiáng)度，又具有良好耐沖撞性能的高強(qiáng)鋼板，用于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)件和底盤(pán)等部件。
6.鋼板與環(huán)境友好
汽車(chē)用冷軋鋼板需要與環(huán)境友好。國(guó)際上已經(jīng)制定了一系列法規(guī)和制度，強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)，明令禁止使用對(duì)人類(lèi)有毒害的物質(zhì)（鍍層物質(zhì)）。
依據(jù)鋼板的強(qiáng)化機(jī)制、強(qiáng)度水平和組織特點(diǎn)可劃分為不同的鋼種類(lèi)型（見(jiàn)表）。
鋼板類(lèi)型
（1）低強(qiáng)度鋼：抗拉強(qiáng)度低于270MPa的鋼板，主要是用作面板的IF鋼（IF鋼，全稱(chēng)Interstitial-Free Steel）和低碳鋼，規(guī)定其為低強(qiáng)度鋼。
（2）高強(qiáng)度鋼：抗拉強(qiáng)度在270～700MPa的屬于高強(qiáng)度鋼，包括高強(qiáng)度的IF鋼、BH鋼、C-Mn鋼、HSLA鋼以及一部分DP鋼和TRIP鋼。
（3）超高強(qiáng)度鋼板：
超過(guò)700MPa的鋼板為超高強(qiáng)度鋼板，包括高強(qiáng)度級(jí)別的TRIP鋼、DP鋼以及馬氏體鋼和新開(kāi)發(fā)的TWIP鋼。
汽車(chē)用冷軋鋼板的應(yīng)用
一般將汽車(chē)零件分為面板、結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件和底盤(pán)。根據(jù)各種材料所經(jīng)受的不同的成形方式，而選用不同類(lèi)型的材料（見(jiàn)圖1）。
1. IF鋼板（Interstitial-Free Steel）
低強(qiáng)度軟鋼和高強(qiáng)IF鋼板，特點(diǎn)是延伸和深沖性能好，廣泛用于制造汽車(chē)面板。IF鋼采用低碳或超低碳和Nb、Ti微合金化的成分設(shè)計(jì)，使鋼中的C、N以碳氮化物的型式，而非固溶的形式存在，因而得到了極高的r值（平均r=2.5）和加工硬化系數(shù)（n=0.27）。
圖3 熱沖壓板
2. BH鋼板（烘烤硬化鋼 ）：
外板不僅要求有良好的剛性（由楊氏模量、厚度和集合形狀等決定），還要求在受到壓力或沖擊時(shí)，具有良好的抗凹陷性。BH鋼在成形加工中強(qiáng)度低，材料成形后發(fā)生加工硬化，強(qiáng)度得到提高。經(jīng)過(guò)烘烤涂漆，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
3.高強(qiáng)鋼板（HSS）
結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件是重要的安全防護(hù)件，因此希望它具有高的沖擊吸收能力。當(dāng)然，它必須具有良好的成形性能，特別是鼓脹成形性能，以便沖制成形狀復(fù)雜的零件。DP鋼和TRIP鋼等兼有高的強(qiáng)度和良好的延伸（見(jiàn)圖2），因而廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件，如B柱加強(qiáng)板等。
4.耐腐蝕涂鍍鋼板
熱浸鍍的鋼板表現(xiàn)出良好的抗腐蝕能力，但是涂漆性能、成形性能和焊接性能不能滿(mǎn)足要求。為此，將純鋅層變?yōu)橐粚愉\鐵金屬間化合物。由于鍍鋅層是由Zn-Fe化合物組成，性質(zhì)極脆，可能在成形過(guò)程中發(fā)生粉化，即剝落現(xiàn)象?？刂?/SPAN>Zn-Fe化合物的組成，可以抑制粉化現(xiàn)象。Zn-Fe化合物可以依據(jù)化合物的成分分類(lèi)為ζ相、δ1相和Г相。通過(guò)減少ζ相和減少Г相，使組織非常硬，不容易發(fā)生變形。
汽車(chē)用冷軋鋼板的發(fā)展趨勢(shì)
鋼
為解決環(huán)保和節(jié)能（減輕車(chē)重）及安全和舒適（增加車(chē)重）的矛盾，需同時(shí)提高材料的成形性和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和延展性的平衡。近年開(kāi)發(fā)TWIP鋼就是為解決此問(wèn)題而進(jìn)行的。所謂TWIP，意即孿晶誘導(dǎo)塑性（Twinning Induced Plasticity）。TWIP鋼的塑性變形的主要機(jī)制是位錯(cuò)滑移。在變形過(guò)程中，非常細(xì)的孿晶在晶內(nèi)發(fā)生，孿晶界和晶粒邊界均成為位錯(cuò)滑移的壁壘，這會(huì)導(dǎo)致非常劇烈的加工硬化，其瞬時(shí)硬化率能保持較高的水平（>0.45）。這會(huì)抑制細(xì)頸的發(fā)生，從而導(dǎo)致TWIP鋼非常強(qiáng)的加工硬化能力和非常大的延伸率。這種性能即使在高應(yīng)變速率下仍然保持著，因而在撞擊等高應(yīng)變過(guò)程中，可以保證汽車(chē)非常高的安全性。這是TWIP鋼受到青睞的一個(gè)非常重要的原因。
2.熱沖鋼板（熱成型）
隨著強(qiáng)度的提高，鋼板成形性能總體上呈下降趨勢(shì)，形狀凍結(jié)性變差，成形難度加大。同時(shí)材料成形力也增加，造成成形負(fù)荷增大，工具、模具的磨損和損壞嚴(yán)重，所以，近年正在開(kāi)發(fā)熱沖鋼板（見(jiàn)圖3）。例如含B鋼板，將其加熱到900℃左右進(jìn)行沖壓變形，大幅度降低成形力，提高材料的成形能力，沖成零件后，立即利用余熱進(jìn)行淬火處理。目前處理后的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1500～2 000MPa。處理完的零件要經(jīng)過(guò)噴丸處理，以消除氧化鐵皮，改善表面質(zhì)量。
圖4 激光拼焊
3.激光拼焊
汽車(chē)的一些零件各個(gè)部位可能有不同的負(fù)荷和不同的受力條件，成形方式也會(huì)有差異。為了節(jié)省材料、減輕車(chē)體的重量，希望零件的不同部位可以制成不同厚度和采用不同的材質(zhì)?；谶@樣的想法，利用焊接技術(shù)的最新成果，開(kāi)發(fā)出激光拼焊技術(shù)（TWB，Taylored Welding Blank）。一個(gè)零件可以依據(jù)其不同部位的負(fù)荷、受力條件、成形方式和難易程度，采用不同厚度、材質(zhì)的材料，將其焊接起來(lái)（見(jiàn)圖4），達(dá)到物盡其用，從而提高材料的利用效率，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的輕量化。
4.液壓管成形
一些汽車(chē)零件是先用鋼板沖壓成兩個(gè)半片，然后焊接在一起，形成中空的管狀結(jié)構(gòu)件。由于焊接而成，工序復(fù)雜，強(qiáng)度和剛度均不理想。德國(guó)Thyssen-Krupp長(zhǎng)期致力于發(fā)展液壓管成形技術(shù)，通過(guò)焊接鋼管技術(shù)、管件液壓成形技術(shù)、管件激光拼焊技術(shù)和卷管技術(shù)等系列關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)形成成套技術(shù)，并已經(jīng)開(kāi)發(fā)出概念車(chē)。通過(guò)液壓管成形技術(shù)的應(yīng)用，可以改善零件的受力條件，提高構(gòu)件的承載能力，降低車(chē)體重量20％～30％，成本稍稍高于傳統(tǒng)車(chē)，目前已經(jīng)在眾多車(chē)輛上推廣應(yīng)用。汽車(chē)零件內(nèi)高壓成型技術(shù)見(jiàn)圖5。國(guó)內(nèi)目前哈爾濱工業(yè)大學(xué)在液壓管成型方面具有較高研究水平。
圖5 汽車(chē)零件內(nèi)高壓成型技術(shù)
5.耐腐蝕鋼板
由于高強(qiáng)鋼板成分設(shè)計(jì)和變形規(guī)律有自己的特點(diǎn)，所以其涂鍍過(guò)程有特殊的難度。首先，高強(qiáng)鋼板采用一定含量的Mn和Si，也經(jīng)常使用各種合金元素，由于不同元素與基本材料Fe氧化特性不同，一些元素發(fā)生選擇性氧化，常常會(huì)在鋼材表面形成氧化物，這些氧化物會(huì)造成漏鍍點(diǎn)，直接惡化材料的涂鍍質(zhì)量和抗腐蝕能力。其次由于高強(qiáng)鋼板，如DP或TRIP，熱處理的溫度制度，特別是等溫時(shí)效處理的溫度與涂鍍的溫度不一致，需要調(diào)整高強(qiáng)鋼板連續(xù)退火和熱浸鍍的溫度制度。此外，如何調(diào)整和控制高強(qiáng)鋼板熱處理的溫度制度，實(shí)現(xiàn)需要的高冷卻速率和柔性化的退火與熱處理制度，也是迫切需要解決的問(wèn)題。
（轉(zhuǎn)載）
