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武鋼高強汽車用鋼板開發研究論文

欄目: 愛車 / 發佈於: / 人氣:2.78W

隨着排放和碰撞安全法規的日益嚴格,以及消費理念的變化,對汽車燃油經濟性和安全性的要求也越來越高,在汽車輕量化製造的同時提高安全性成為汽車工業發展的必然趨勢。國際鋼協“世界汽車用鋼聯盟”項目未來鋼製汽車FSV計劃的研究結果表明,在不增加生產成本的前提下,通過大量使用先進高強鋼(97%的HSS和AHSS應用比例)和先進製造技術,可以在滿足碰撞安全要求的同時,較標杆車實現35%的白車身減重。FSV項目體現了鋼鐵產品持續不斷的輕量化潛力。鋼鐵材料佔汽車質量的70 %~80 %開發高強度鋼板,提高高強鋼應用比例,可以有效減輕車身質量。

武鋼高強汽車用鋼板開發研究論文

武鋼是國內的主要汽車用鋼板供應商,根據汽車各部位零件的特點,開發出系列高強度汽車鋼板,可滿足汽車整車製造需要。同時,武鋼近年着力開發先進製造技術,加強先期介入EVI技術服務能力建設,強化與用户的技術溝通與技術支持,促進汽車和鋼鐵工業的共同進步。

高強度IF鋼和烘烤硬化BH鋼主要用於製造車身覆蓋件。這2個鋼種兼具高強度和高深衝性能的優點,可以衝壓成複雜的汽車覆蓋零件。用於替代傳統深衝IF鋼時,可以減薄零件厚度,減輕零件質量;同時,由於其屈服強度較高,特別是BH鋼,在零件烘烤硬化後屈服強度可以增加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,在烘烤過程碳原子重新固定在衝壓塑性變形過程產生的位錯裏,從而提高屈服強度。因此,BH鋼具有時效性,需要在出廠後的3個月內使用,這對汽車廠的物流和衝壓生產控制能力提出較高要求。目前國內BH鋼主要用於高檔轎車的面板,以180 MPa和220 MPa級熱鍍鋅鋼板為主。

2車身安全結構件用高強鋼

車身碰撞安全設計的基本思想是,前倉和後倉部分相對於乘員區較軟,在發生碰撞時儘可能地在前後倉產生塑性變形以吸收撞擊能量;為保證乘員安全,乘員區應儘可能地減少變形,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)和高的伸長率則有利於提高材料拉伸曲線的下陰影面積,從而提高能量吸收能力。

2. 1普通樑杆類結構件用高強鋼

高強度低合金HSLA鋼成分設計時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佈,主要依靠析出強化阻礙位錯運動,提高屈服強度。

由於HSLA鋼的成分與組織特點,這類鋼種對生產工藝敏感性不高,生產性能穩定,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,適合製造對剛度要求較高的結構件和支撐件。在衝壓成形時,回彈量較小,容易控制成形零件精度。用HSLA製造的典型零件包括前後縱梁、門內加強梁、地板橫樑、B柱加強板、頂蓋橫樑、底盤懸掛件等。

2. 2壓潰吸能區用高強鋼

對於壓潰吸能區,要求零件在發生碰撞時,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率。壓潰區使用的材料通常以抗拉強度表徵,強度級別一般不超過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,這些鋼種稱為先進高強鋼。

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。採用超高強度零件可以同時實現2個目標,即減輕零件質量(輕量化),提高車身安全性能。熱衝壓成形是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。

熱成形的工藝特點要求熱成形用鋼板在加熱到Ac3温度以上時,形成奧氏體單相,並在隨後的金屬模具冷卻淬火過程(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,要求有較高的碳含量,提高馬氏體硬度;同時,碳元素有利於提高淬火性能。為進一步保證保壓淬火時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,在高温塑性變形時降低材料變形抗力。

武鋼開發的1 300 MPa和1 500 MPa級熱成形鋼,碳含量為0. 20%一0. 23%,室温下組織為鐵素體滲碳體,抗拉強度約為500MPa,伸長率約26 %。熱成形後獲得全馬氏體組織,實物零件強度達到1 350 MPa以上,同時可獲得4. 5%以上的伸長率。

3武鋼汽車板應用技術研究

車身零件高強化(輕量化)是零件設計、鋼板選材和製造工藝的結合。武鋼在開發生產高品質汽車鋼板的同時,開展汽車用鋼應用技術研究,採用先期介入EVI工作方式,為用户提供系統的技術支持。

3. 1武鋼汽車板應用數據支持

鋼板性能數據是車身設計過程的重要基礎數據,是零件選材和零件性能評估的基礎。武鋼為滿足用户需求,形成了從拉伸力學性能、成形極限FLC、高速拉伸曲線、疲勞性能到焊接性能的數據庫系統,為車身剛度、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和疲勞曲線。高應變速率下的動態響應性能是車身安全評估的重要依據,武鋼引進了德國Zwick高速拉伸試驗機,採用高速攝像系統測試動態應變,最高測試應變速率可達到1 000 / s,滿足用户CAE仿真數據需求。

3. 2熱衝壓成形技術

武鋼採用國外引進與自主開發相結合的方法,形成了熱成形鋼板開發、衝壓設備、模具設計等整套技術。武鋼試生產的B柱加強板、保險槓等零件,實物抗拉強度達到1 500 MPa,伸長率達到6%以上,尺寸精度符合裝車要求。

3柔性輥壓成形技術

高強鋼材料強度提高後,衝壓成形性能降低,強度越高越容易開裂。鋼板強度超過1 000 MPa時,傳統的冷衝壓成形方法很難成形,存在鋼板開裂、回彈大、尺寸精度差、模具磨損嚴重等問題。柔性輥壓成形(Flexible Roll Forming)工藝可以生產可變截面的先進高強鋼零件,是目前輥壓成形技術的發展方向。

柔性輥壓成形技術可以成形的超高強鋼典型零件形狀示。柔性輥壓成形機採用計算機控制,機架驅動電機可進行獨立運動,實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(Deakin University)、德國DataM公司等合作開發高強鋼的柔性輥壓成形技術。

4結語

武鋼己經開發了車身覆蓋件用高強鋼、車身結構件用高強鋼的產品體系,這些產品基本能夠滿足目前我國汽車工業製造的需求,通過了國內各主流汽車公司的材料認證。2013年,武鋼冷軋深沖和高強汽車用鋼產銷量達到140萬t,創下歷史新高。車身輕量化製造和安全性要求提高的發展趨勢,對高強汽車用鋼提出了更高的要求。武鋼正通過不斷的技術創新,開發生產新的高強度汽車用鋼產品。同時,進一步加強先進高強鋼應用技術的研究,通過先期介入工作模式,為車身輕量化選材與零件先進製造提供支持。