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武鋼高強汽車(chē)用鋼板開(kāi)發(fā)研究論文
隨著(zhù)排放和碰撞安全法規的日益嚴格，以及消費理念的變化，對汽車(chē)燃油經(jīng)濟性和安全性的要求也越來(lái)越高，在汽車(chē)輕量化制造的同時(shí)提高安全性成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。國際鋼協(xié)“世界汽車(chē)用鋼聯(lián)盟”項目未來(lái)鋼制汽車(chē)FSV計劃的研究結果表明，在不增加生產(chǎn)成本的前提下，通過(guò)大量使用先進(jìn)高強鋼(97%的HSS和AHSS應用比例)和先進(jìn)制造技術(shù)，可以在滿(mǎn)足碰撞安全要求的同時(shí)，較標桿車(chē)實(shí)現35%的白車(chē)身減重。FSV項目體現了鋼鐵產(chǎn)品持續不斷的輕量化潛力。鋼鐵材料占汽車(chē)質(zhì)量的70 %~80 %開(kāi)發(fā)高強度鋼板，提高高強鋼應用比例，可以有效減輕車(chē)身質(zhì)量。
武鋼是國內的主要汽車(chē)用鋼板供應商，根據汽車(chē)各部位零件的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出系列高強度汽車(chē)鋼板，可滿(mǎn)足汽車(chē)整車(chē)制造需要。同時(shí)，武鋼近年著(zhù)力開(kāi)發(fā)先進(jìn)制造技術(shù)，加強先期介入EVI技術(shù)服務(wù)能力建設，強化與用戶(hù)的技術(shù)溝通與技術(shù)支持，促進(jìn)汽車(chē)和鋼鐵工業(yè)的共同進(jìn)步。
高強度IF鋼和烘烤硬化BH鋼主要用于制造車(chē)身覆蓋件。這2個(gè)鋼種兼具高強度和高深沖性能的優(yōu)點(diǎn)，可以沖壓成復雜的汽車(chē)覆蓋零件。用于替代傳統深沖IF鋼時(shí)，可以減薄零件厚度，減輕零件質(zhì)量;同時(shí)，由于其屈服強度較高，特別是BH鋼，在零件烘烤硬化后屈服強度可以增加40 MPa左右，提高了外板件的抗凹陷性。
BH鋼控制和利用鐵素體基體的自由碳原子，在烘烤過(guò)程碳原子重新固定在沖壓塑性變形過(guò)程產(chǎn)生的位錯里，從而提高屈服強度。因此，BH鋼具有時(shí)效性，需要在出廠(chǎng)后的3個(gè)月內使用，這對汽車(chē)廠(chǎng)的物流和沖壓生產(chǎn)控制能力提出較高要求。目前國內BH鋼主要用于高檔轎車(chē)的面板，以180 MPa和220 MPa級熱鍍鋅鋼板為主。
2車(chē)身安全結構件用高強鋼
車(chē)身碰撞安全設計的基本思想是，前倉和后倉部分相對于乘員區較軟，在發(fā)生碰撞時(shí)盡可能地在前后倉產(chǎn)生塑性變形以吸收撞擊能量;為保證乘員安全，乘員區應盡可能地減少變形，確保有效生存空間。從材料的角度，體現在提高材料屈服強度、增加零件的剛度;低的屈強比(高應變強化能力)和高的伸長(cháng)率則有利于提高材料拉伸曲線(xiàn)的下陰影面積，從而提高能量吸收能力。
2. 1普通梁桿類(lèi)結構件用高強鋼
高強度低合金HSLA鋼成分設計時(shí)加入了微量的強碳化物形成元素如Nb, V , Ti，組織由鐵素體和珠光體組成，第二相析出物彌散分布，主要依靠析出強化阻礙位錯運動(dòng)，提高屈服強度。
由于HSLA鋼的成分與組織特點(diǎn)，這類(lèi)鋼種對生產(chǎn)工藝敏感性不高，生產(chǎn)性能穩定，成本相對較低。HSLA鋼以控制屈服強度為主，屈強比高，相對而言，加工硬化性能較差，疲勞性能好，適合制造對剛度要求較高的結構件和支撐件。在沖壓成形時(shí)，回彈量較小，容易控制成形零件精度。用HSLA制造的典型零件包括前后縱梁、門(mén)內加強梁、地板橫梁、B柱加強板、頂蓋橫梁、底盤(pán)懸掛件等。
2. 2壓潰吸能區用高強鋼
對于壓潰吸能區，要求零件在發(fā)生碰撞時(shí)，在一定的距離內有比較高的能量吸收能力，因此希望材料曲線(xiàn)下部面積越大越好。體現在材料性能上，要求提高材料強度、加工硬化能力以及伸長(cháng)率。壓潰區使用的材料通常以抗拉強度表征，強度級別一般不超過(guò)780 MPa，典型的鋼種有雙鋼DP鋼、復相鋼、形變誘導塑性TRIP鋼和孿晶誘導塑性TW IP鋼等，這些鋼種稱(chēng)為先進(jìn)高強鋼。
2. 3乘員區用超高強鋼
為保證乘員安全，防撞安全零件要求材料具有超高強度(1 000 MPa以上)，以減少侵入位移量。采用超高強度零件可以同時(shí)實(shí)現2個(gè)目標，即減輕零件質(zhì)量(輕量化)，提高車(chē)身安全性能。熱沖壓成形是1種有效的超高強度零件成形工藝，成形零件材料強度可以達到1 300 MPa以上。
熱成形的工藝特點(diǎn)要求熱成形用鋼板在加熱到Ac3溫度以上時(shí)，形成奧氏體單相，并在隨后的金屬模具冷卻淬火過(guò)程(冷卻速度30℃ /s以上)中，獲得馬氏體單相。因此，熱成形鋼板成分設計時(shí)，要求有較高的碳含量，提高馬氏體硬度;同時(shí)，碳元素有利于提高淬火性能。為進(jìn)一步保證保壓淬火時(shí)較低冷速下獲得全馬氏體組織，鋼板成分中添加了Mn, Cr, B等元素。微量B元素可替代其它合金元素，大幅提高淬透性，從而減少其它合金含量，在高溫塑性變形時(shí)降低材料變形抗力。
武鋼開(kāi)發(fā)的1 300 MPa和1 500 MPa級熱成形鋼，碳含量為0. 20%一0. 23%，室溫下組織為鐵素體滲碳體，抗拉強度約為500MPa，伸長(cháng)率約26 %。熱成形后獲得全馬氏體組織，實(shí)物零件強度達到1 350 MPa以上，同時(shí)可獲得4. 5%以上的伸長(cháng)率。
3武鋼汽車(chē)板應用技術(shù)研究
車(chē)身零件高強化(輕量化)是零件設計、鋼板選材和制造工藝的結合。武鋼在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)汽車(chē)鋼板的同時(shí)，開(kāi)展汽車(chē)用鋼應用技術(shù)研究，采用先期介入EVI工作方式，為用戶(hù)提供系統的技術(shù)支持。
3. 1武鋼汽車(chē)板應用數據支持
鋼板性能數據是車(chē)身設計過(guò)程的重要基礎數據，是零件選材和零件性能評估的基礎。武鋼為滿(mǎn)足用戶(hù)需求，形成了從拉伸力學(xué)性能、成形極限FLC、高速拉伸曲線(xiàn)、疲勞性能到焊接性能的數據庫系統，為車(chē)身剛度、成形性、安全性、疲勞耐久性等CAE評估提供數據支持。HC340 /590DP鋼板的高速拉伸曲線(xiàn)和疲勞曲線(xiàn)。高應變速率下的動(dòng)態(tài)響應性能是車(chē)身安全評估的重要依據，武鋼引進(jìn)了德國Zwick高速拉伸試驗機，采用高速攝像系統測試動(dòng)態(tài)應變，最高測試應變速率可達到1 000 / s，滿(mǎn)足用戶(hù)CAE仿真數據需求。
3. 2熱沖壓成形技術(shù)
武鋼采用國外引進(jìn)與自主開(kāi)發(fā)相結合的方法，形成了熱成形鋼板開(kāi)發(fā)、沖壓設備、模具設計等整套技術(shù)。武鋼試生產(chǎn)的B柱加強板、保險杠等零件，實(shí)物抗拉強度達到1 500 MPa，伸長(cháng)率達到6%以上，尺寸精度符合裝車(chē)要求。
3柔性輥壓成形技術(shù)
高強鋼材料強度提高后，沖壓成形性能降低，強度越高越容易開(kāi)裂。鋼板強度超過(guò)1 000 MPa時(shí)，傳統的冷沖壓成形方法很難成形，存在鋼板開(kāi)裂、回彈大、尺寸精度差、模具磨損嚴重等問(wèn)題。柔性輥壓成形(Flexible Roll Forming)工藝可以生產(chǎn)可變截面的先進(jìn)高強鋼零件，是目前輥壓成形技術(shù)的發(fā)展方向。
柔性輥壓成形技術(shù)可以成形的超高強鋼典型零件形狀示。柔性輥壓成形機采用計算機控制，機架驅動(dòng)電機可進(jìn)行獨立運動(dòng)，實(shí)現零件在深度方向或寬度方向的截面變化。武鋼正和澳大利亞迪肯大學(xué)(Deakin University)、德國DataM公司等合作開(kāi)發(fā)高強鋼的柔性輥壓成形技術(shù)。
4結語(yǔ)
武鋼己經(jīng)開(kāi)發(fā)了車(chē)身覆蓋件用高強鋼、車(chē)身結構件用高強鋼的產(chǎn)品體系，這些產(chǎn)品基本能夠滿(mǎn)足目前我國汽車(chē)工業(yè)制造的需求，通過(guò)了國內各主流汽車(chē)公司的材料認證。2013年，武鋼冷軋深沖和高強汽車(chē)用鋼產(chǎn)銷(xiāo)量達到140萬(wàn)t，創(chuàng )下歷史新高。車(chē)身輕量化制造和安全性要求提高的發(fā)展趨勢，對高強汽車(chē)用鋼提出了更高的要求。武鋼正通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng )新，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)新的高強度汽車(chē)用鋼產(chǎn)品。同時(shí)，進(jìn)一步加強先進(jìn)高強鋼應用技術(shù)的研究，通過(guò)先期介入工作模式，為車(chē)身輕量化選材與零件先進(jìn)制造提供支持。
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