汽车用钢铁材料的现状和发展动向

图 ２ 各 种 高 强度钢 的 强度和 延伸 率
组 织强化 型高强 度钢 中的 Ｄ Ｐ钢 （ 双相 钢） 含 有软铁 素体相和硬 马氏体相显微组 织 。由于铁 素 体相 的存 在 ， 可以保持低屈 服 比、 大延伸率 。 因此 ， 可 以用 于不能使用 高强度钢 的对加 工性能要求严
格 的 用 途 中 。 Ｒ Ｐ钢 （ 变 诱 发 塑 性 钢 ） 利 用 相 Ｔ Ｉ 相 是
法 涂 镀 。 而 且 ， 锌 锅 温 度 、 层 的合 金 化 处 理 温 受 镀
度 的制约 ， 使其 不 能像 冷轧用 连续 退火 生产线 那
＼
样 采 用 自 由的 热 周 期 ， 此， 在 只 开 发 出 因 现
７ ０ ａ级 的 ＧＩＧＡ钢 板 。 ８ ＭＰ 、
哥
章
１ ２ 高 张 力 钢 板 的 成 型 技 术 ．
用 材 料 中 ， 计 应 力 从 以 前 的 设
１ ０ ＭＰ 级提 高到现在 的 １ ０ ￣ １０ ＭＰ 级 。 ００ ａ ２０ ３０ ａ 悬 簧 的高强 度化 不 仅使材 料轻 量化 ， 可 以降低 引 还
在 欧洲 的汽车 生产商 中， 汽车 面板 主要 使用
５ ０ ａ级 材 料 的 多 了 起 来 ， 至 在 座 椅 圈 、 椅 ９ ＭＰ 甚 座
扶 手等 部位 ， 在将 ９ ０ ａ 材料 实 用 化 。另 正 ８ ＭＰ 级
外， 以前 在保 险杠 、 强架 、 加 门的抗 冲击 梁等 补强
部位， 使用 的被称 为超 高强 度钢 的贝 氏体组 织型 及 回火 马 氏体组 织型超 高强 度材料 ， 现在 已开始
使用 高张力钢板 的最 大问题 就是成 型性 。特 别 是 冲压 回弹现 象会使 尺 寸精度 不够 ， 为 比高 成
抗拉强度／ ａ ＭＰ
强度 钢的高强度 化更大 的一个 问题 。这是 由于高 强度 钢的屈服点 高 ， 弹性 回复量大而产生 的 。 为解 决 这 个 问题 ， 取 了各 种 技术 方 案 ， ４所示 为 采 图 “ 二步成型 ” 的实例 。该技术是对 帽形 部件的壁部 进行 １／ 右的延伸 变形 ， ５ ９左 同时进 行第 一步轻 冲 ， 第二 步成型 ， 竖壁部位 的角 度和翘 曲量得 以减小 。
工 性 。Ｔ Ｉ Ｒ Ｐ钢 不 但 具 有 良好 的 加 工 性 ， 且 冲 撞 而
钢
时还具 有 良好 的冲击吸收性 。神 户钢铁公 司正在
开 发 一 种 以 马 氏 体 为 母 相 ， 中 分 散 奥 氏 体 的 新 其 型 Ｔ Ｉ Ｒ Ｐ钢 。 目前 ， 伸 强 度 为 ５ ０ ９ ０ ａ的 拉 ９ ～ ８ ＭＰ ＤＰ钢 和 Ｔ Ｉ ＲＰ钢 已进 入 实 用 化 阶 段 ， 于 前 侧 构 用
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《 鞍钢 技术 ） ０ ４年第 ４期 ） ０ ２
从 ９ ０ ａ级 向 １ ８ ～ １ ８ ＭＰ ８ ＭＰ １ Ｏ ４ ０ ａ级 转 变 。
当前 高 强 度 热 浸 镀 锌 钢 板 存 在 的 问 题 是 ： 材 中 母
Ｃ Ｓ、 ｌ 、 ｉＡ 等合 金成 分 多 的话 ， 的粘 着性 降低 ， 锌 无
这 项 技 术 是 将 含 Ｃ ０ ２ 左 右 的 钢 板 加 热 至 ． ５４ ， ｏ ９ ０ 使 之完全奥 氏体 化后进 行冲压 。 ０ Ｃ， 之后 ， 过 通 模 型冷却 或水 冷和空冷 ， 实现淬火 ， 而产生马 氏体
相 。用 这 种 方 法 很 容 易 得 到 １ ０ ＭＰ ５ ０ ａ以 上 的 部
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鞍 钢 技 术
２０ ０ ４年第 ４期
ＡＮＧＡＮＧ Ｅ ＨＮ（Ｉ ） Ｃ ），ＧＹ （
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汽车 用 钢铁 材 料 的现状 和发 展动 向
（ 日）小 宫 幸 久
摘要 随着人 们 对环 境 问题 的认 识 和对 安全 性 要求 的 不断 提 高 ， 车车 身构 造 和所 用 材 汽 料 正在 发生 很大 的变 化 。特别 是减 轻车体 重 量 已成 为当今 汽 车工业 的一 项 关键 技 术 。因此 迅 速 地开 发 出 了汽车用 钢产 品 。本 文 介绍 了汽 车车 身 、 动 系统 、 簧用 高强度 钢 的最新 研发 动 驱 悬 向以及 高强 度 钢的成 型技术 。
与 之 相 适 应 的 品种 。 本 文 将 阐述 诸 如 以钢 材 高 强
年份
图 ｌ 车体重 量 与高 强度钢 使用 比率 的关 系
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度化 为 中心的 车身轻 量化 技术 、 环境 友好 材料 的 开发等 汽车用钢材 的最新 动 向。
北 美 和欧洲 以防止融 雪盐腐 蚀 问题 为 契机 ， 在 ２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年 代 ， 汽 车 车 身 用 钢 板 进 行 防 锈 对
处理 ， 开发使用 了各种防锈 钢板 。目前 ， 从成本 和 世 界范 围内供货 的角 度 出发 ， 正在 向统 一使 用 热
浸 镀 锌 （ ） 合 金 化 热 浸 镀 锌 钢 板 的 方 向过 渡 。 ＧＩ和
使用 ， 现在正在 尝试 利用镀铝钢板进行 热 冲压 。
１ ３ 汽 车 用 棒 钢 及 线 材 ．
汽 车 的电机 和驱 动系统 、 辋等部 位使 用 的 轮
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汽车 用钢 铁材 料 的现状 和发 展 动向
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棒钢 、 线材 ， 近年来也 在进行高强度 化 。 螺栓 、 悬簧 、 驱动 系统等材料 的高 强度化尤 为
３ 低 成 本 材 料
３ １ 非 调 质 材 料 ．
．
．
显著 。在 这些材料 中 ， 由于腐蚀 等原 因 ， 分散在 钢 中的微量 扩散性氢 聚集 在晶界处 ， 发生龟裂 ， 产生
“ 后 断裂 ” 滞 。滞后 断裂是经热处理 的高强度 钢在 数秒到几 十年 以后 突然发生断裂 的现象 。特别是
前 言
近 年 来 ， 着 人 们 对 环 境 问 题 的认 识 和 对 安 随
壳 体部分 和行走 部分轻 量的 Ｕ Ｓ Ｃ Ｕ Ｓ Ｓ等项 ＬＡ 、ＬＡ
目中， 研究 结果 也证 明 了在 满足 世界各 国安 全标 准要 求 的 基 础上 ， 以减 轻 车 体 重 量 达 ２ ％～ 可 Ｏ
裂 的扩散 性氢 可被碳 化物 、 氮化物 、 化物 等的析 硫 出物 以及 晶界 和位错 所捕获 。 为防止延迟 断裂 ， 采 用 和 Ｖ系析 出物捕获氢 ， 或利用热 处理控制 晶 粒 间的析 出物 等措施 ， 以防止晶界强度 降低 。
的部件 ， 晶粒粗大 ， 很难 保证其韧性 。 因此 ， 采用添 加 Ｖ和活用 ＂Ｎ得 到细微 奥 氏体 的方法 ， 采用 Ｉ ｉ 或 使 Ｍｎ Ｓ弥散 分 布而 获得 必要 韧性 的方法 得 到非
１ １ 各 种 高 强 度 钢 板 ．
根据汽 车用 高强度钢板用途 的不同而采用 了
１ 钢 铁 材 料 的高 强 度 化
高 强度 钢对减 轻 车身重 量起 了很 大的作 用 。
高 强度 钢 （ 指冷 轧 ３ ０ ａ 热 轧 ４ ０ ａ以上 的 ４ ＭＰ 、 ９ ＭＰ 钢） 的使 用率逐年增加 ， 图 １ 示 。这种情况 与 如 所 其 说是 有 了将车 体单 位投影 重量 减少 的倾 向 ， 不 如说 是人们更有 了强化汽车安全措施 的倾 向。最 近， 由于高 强度材料使用 比率 的提高 ， 而提高 了 从 强度 ， 也实 现了安 全前提下 车身重量的降 低。 作为 汽车用 钢 ， 于其 在高强度化后应 用的可行性 ， 关 在 １ ９ 年 就开始 了 Ｕ Ｓ Ｂ 超轻钢 车体 ） ９４ ＬＡ （ 研究 ， 本公 司 也 参加 了 国际 钢铁 协会 的 项 目活 动 。接 着 在 Ｕ Ｓｔ Ｖ （ Ｌ Ａ￣Ａ Ｃ 超轻钢 车体概 念） 以及 谋求 车 门等 ，
烘 烤时不 但 可 以提高屈 服 点 ， 也可 以提 高拉 伸强
度 的钢板 。
件 。它 的问题是 冲压加工过程 中 ， 由于高 温 ， 接触
大 气 时 会 发 生 表 面 氧 化 ， 成 化 成 处 理 不 良 。另 造 外 ， 为 防锈 钢 板 主 流 的镀 锌 钢板 的 镀 层 ， 熔 点 作 其 （ １ 低 ， 板 加 热 时 因 发 生 熔 融 、 化 而 无 法 ４９ Ｃ） 钢 气
变诱发塑性 的具有极 大延伸 率 的钢 。在 贝 氏体或
铁 素 体一 氏 体 母 相 中 ， 过 变 形 ， 成 马 氏 体 的 贝 通 变
奥 氏体残 留百分 之几至 ３ 左右 。 Ｏ／ ９ ６ 这些 残余 的奥 氏体在 加工 时变 成马 氏体 ， 该部分 的强度升高 ， 向 相对 低强 度 的周 围传播 变形 ， 而得 到较 好 的加 从
性 ， 用 向超 低碳 Ｉ 使 Ｆ钢 （ 间 隙 原 子 钢 ） 无 中加 入 Ｐ Ｍｎ的高 强度 钢 ， 、 使其 强度 提 高到 ４ ０ ａ级 ， ４ ＭＰ 或 是使 用烘 烤硬化 型 （Ｈ） 板。Ｂ Ｂ 钢 Ｈ钢板在 冲压
成 型 时 形 成 位 错 。烘 烤 硬 化 时 用 钢 中固 溶 的 Ｃ 和 Ｎ 钉 扎 ， 而 提 高 屈 服 点 。 在 已提 出 开发 一 种 在 从 现
图 ４ 二 步成 型对 尺寸 精度 的影 响
件、 底梁 、 支柱 等 。
汽 车 面 板 用 钢 板 ， 设 计 上 要 求 具 有 高 加 工 在
高 强 度 钢 的 成 型 因 受材 料 特 性 和成 型 设 备 动 力 的 制 约 ， 旦 达 到 １ ８ＭＰ 一 １０ ａ以上 ， 其 实 施 复 对 杂 的加 工 更 加 困 难 。 此 最 近 提 出 了 “ 锻 ” 术 。 为 热 技
各 种不 同的强化 机制 。 以前 ， 车结构 用高强度钢 汽
是 以添加各种合金 成分 的 固溶强化 型和析 出强化