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高強(qiáng)鋼板

1、汽車用高強(qiáng)鋼板的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

      汽車工業(yè)要求冷軋鋼板重量輕，成形性好，壽命長(zhǎng)，安全性好，環(huán)境良好。

      第一，汽車輕量化對(duì)于提高燃料效率、減少C02排放是極為重要的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要提高汽車用鋼板的強(qiáng)度，使鋼板在厚度減薄的情況下，仍然可以保持原來(lái)的強(qiáng)度水平。DP鋼、TRIP鋼就是為此目的而開發(fā)的。

      第二，鋼板的成形性決定了汽車成形過(guò)程的生產(chǎn)效率。一般說(shuō)來(lái)，隨著強(qiáng)度的提高，鋼材的成形性就容易惡化，而具有高塑性的鋼板，卻能在經(jīng)過(guò)多階段的加工后，仍然不發(fā)生裂紋。近年開發(fā)的自潤(rùn)滑鋼板由于改進(jìn)了鋼板涂層的潤(rùn)滑性能，提高了鋼材成形加工的效率。

      第三，汽車的外板有可能遭受沖擊，如果材料強(qiáng)度過(guò)低，就容易發(fā)生凹陷變形。BH鋼在成形之后，在烤漆過(guò)程中可以進(jìn)一步提高其強(qiáng)度，這實(shí)際上讓汽車在使用過(guò)程中得到了更高的強(qiáng)度，因而具有良好的抗凹陷性。

      第四，汽車鋼板需要的另一個(gè)重要因素是壽命，即耐腐蝕性。特別是在北美，為了除去積雪，人們大量使用對(duì)鋼有強(qiáng)烈腐蝕作用的氯化鈣，對(duì)汽車鋼板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。所以，近年表面處理鋼板的用量持續(xù)增長(zhǎng)，盡管其價(jià)格比普通鋼板要高。另外，低成本的耐腐蝕鋼板也在不斷地被開發(fā)出來(lái)。

      第五，鋼板的安全性，特別是與沖撞有關(guān)的安全性。為了保證乘用者的安全，研究人員目前正在開發(fā)既具有高強(qiáng)度，又具有良好耐沖撞性能的高強(qiáng)鋼板，用于汽車的結(jié)構(gòu)件和底盤等部件。

      第六，汽車對(duì)鋼板的環(huán)保程度有進(jìn)一步要求。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)人類有害的物質(zhì)。近年開發(fā)的無(wú)三價(jià)鉻、無(wú)鉛的涂鍍層板，就順應(yīng)了這種趨勢(shì)。

汽車用冷軋鋼板的類型性能

      由于采用不同的強(qiáng)化機(jī)制，汽車用鋼板有不同的組織，因而有不同的強(qiáng)度水平。其中，抗拉強(qiáng)度低于270MPa的鋼板，主要是用作面板的低強(qiáng)度IF鋼和低碳鋼；抗拉強(qiáng)度在270~700MPa的屬于高強(qiáng)度鋼，包括高強(qiáng)度IF鋼、BH鋼、C-Mn鋼、HSLA鋼以及一部分DP鋼和TRIP鋼；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發(fā)的TWIP鋼。其中TWIP鋼由于其獨(dú)特的高延伸、高強(qiáng)度而受到人們的重視(表1所示為汽車用高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)化機(jī)制、化學(xué)成分設(shè)計(jì)、強(qiáng)度水平、應(yīng)用舉例)。
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      不同的汽車零件，將經(jīng)歷不同特征的變形過(guò)程，因而要求使用不同類型的鋼板。考慮到材料特性和強(qiáng)度水平，一般將汽車零件分為面板、結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件和底盤。

      汽車面板不僅要求有良好的剛性，還要求在受到壓力或沖擊時(shí)，具有良好的抗凹陷性。盡管提高屈服強(qiáng)度可以提高抗凹陷性，但是為了防止沖壓過(guò)程中鋼板表面發(fā)生畸變，屈服強(qiáng)度一般不超過(guò)240MPa。為了解決成形性和抗凹陷性的矛盾，研究人員開發(fā)了BH鋼。BH鋼在成形加工中強(qiáng)度低，成形后材料發(fā)生加工硬化，強(qiáng)度有所提高。經(jīng)過(guò)烘烤涂漆后，BH鋼的強(qiáng)度進(jìn)一步提高，較好地解決了上述成形性和抗凹陷性的矛盾。過(guò)去20年，BH鋼的應(yīng)用增長(zhǎng)迅速。另外，IF鋼(包括低強(qiáng)度的軟鋼和高強(qiáng)IF鋼板)的特點(diǎn)是有非常大的延伸性和良好的深沖性能，因而廣泛用于制造汽車面板。

      結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件是重要的安全防護(hù)件，因此必須具有高的沖擊吸收能力。當(dāng)然，此種鋼材必須具有良好的成形性能，以便沖制成形狀復(fù)雜的零件。對(duì)于高強(qiáng)鋼來(lái)說(shuō)，一般隨著鋼板強(qiáng)度的增加，其延伸率降低。DP鋼和TRIP鋼兼有高的強(qiáng)度和良好的延伸，因而廣泛應(yīng)用于汽車的結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件，如車門和后背箱蓋等。

      對(duì)于車體下部的結(jié)構(gòu)件，過(guò)去以沉淀硬化鋼為主。但是，近年兼有強(qiáng)度和優(yōu)良成形性能的DP鋼和TRIP鋼的應(yīng)用已呈上升趨勢(shì)。比如，780MPa超強(qiáng)鋼板用于懸掛件和車輪等車體下部零件；超強(qiáng)沉淀硬化鋼和馬氏體鋼用于高剛性的零件，如緩沖器和沖擊梁；1470MPa級(jí)的超強(qiáng)鋼板用于震動(dòng)吸收裝置，如安裝在緩沖器和車門上的防震沖擊梁。

2、汽車用高強(qiáng)冷軋鋼板的發(fā)展趨勢(shì)

      1．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)，所以涂鍍過(guò)程有較大難度。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，由于不同元素與鐵的氧化特性不同，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)，導(dǎo)致材料的涂鍍質(zhì)量和抗腐蝕能力變差。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。

      2．TWIP鋼。由于環(huán)保和節(jié)能的要求，需要減輕車體重量；但如果要安全和舒適，又會(huì)引起車重增加。為了解決這一對(duì)矛盾，需要同時(shí)提高材料的成形性和材料的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)度和延展性的平衡。近年開發(fā)的TWIP鋼就是在這個(gè)方向上的一個(gè)重要進(jìn)展。與DDQ級(jí)沖壓板相比，TWIP鋼同樣可以沖制各種形狀復(fù)雜的零件，強(qiáng)度卻要高出2-5倍；其抗拉強(qiáng)度與熱處理鋼相當(dāng)，延展性卻比熱處理鋼強(qiáng)10倍；TWlP鋼有非常強(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)變速率下也能保持。因而，TWIP鋼在撞擊等高應(yīng)變過(guò)程中，可以保證汽車非常高的安全性。這是TWIP鋼受到青睞的一個(gè)非常重要的原因。

      3．熱沖鋼板。隨著強(qiáng)度的提高，鋼板成形性能下降，形狀凍結(jié)性變差，造成成形負(fù)荷增大，工具、模具的磨損和損壞嚴(yán)重。所以，研究人員近年研發(fā)了“熱沖+熱處理”的處理方法，以滿足客戶對(duì)進(jìn)一步提高鋼板強(qiáng)度的迫切要求。