汽车高强度钢材技术的发展

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1、1概述　　　　在汽车轻量化的推动下，汽车中转而采用铝合金、镁合金和塑料的零部件越来越多。随着轻质材料在汽车上应用比例的逐年增加，钢铁材料在汽车材料中的主导地位受到了威胁。为应对来自轻质材料的挑战，钢铁企业将开发的重点放在了高强度钢上。如今，高强度钢已成为颇具竞争力的汽车新材料，图1和图2为各类高强度钢在不同的承载条件下的减重潜力．其比较对象为USlSTAMP04软钢板。同时．高强度钢在抗碰撞性能、耐蚀性能和成本方面较其他材料仍具有较大的优势，尤其是用于车身结构件与覆盖件、悬架件、车轮等零部件。本文是根据最近公开发表的文献资料编写的，旨在反映国外汽车高强度钢材料技术

2、的最新进展及未来发展动向，供国内有关行业和部门参考。文中所述的高强度钢包括高强度钢(屈服强度大于210MPa)，超高强度钢(屈服强度大于550MPa)和先进高强度钢(AHSS)。　　2主要技术进展　　　　超轻车身(ULSAB)、超轻覆盖件(ULSAC)、超轻悬架系统(ULSAS)和新概念超轻车身(ULSAB-AVC)等项目的成功实施，验证了高强度钢在减轻汽车自重和改善车辆性能中的有效性。为了将这些项目所取得的技术成果转化为现实的生产力，近期的高强度钢技术研究，主要集中在支撑技术(EnablingTechnologies)上。　　　　2．1若干高强度钢的开发　　　　

3、当前正处于新一代高强度钢开发的前夜。从冶金学的角度看，近几年高强度钢材料的开发，大多只是对原有钢种牌号的补充或性能改善，厚度进一步减薄，材料本身并未取得突破性进展。开发的难点是要针对不同的零件，力求在产品的强度、塑性和成本之间取得平衡。　　　　SFGHITEN、NANOHITEN、ERW和HISTORY是日本JFE公司最近开发出的几种高强度钢。其中SFGHITEN为含Nb系列高强度IF钢板，主要应用对象是汽车车身外板，研究用钢的化学成分见表1。SFGHITEN利用析出的Nb(C，N)微粒和细化晶粒得到强化，其独特之处在于晶界附近存在所谓“无沉淀区”，它降低了材料的

4、屈服强度。与普通深冲钢板相比，SFGHITEN具有高的r值和二次脆性抗力，以及优良的表面质量。2004年已有TS340MPa、TS390MPa和TS440MPa3种牌号进入商品化，表2列出了它们的力学性能。图3为采用SFG440试制的轿车翼子板．这是一个对成形性要求很高的零件。成形性分析表明，该材料满足轿车翼子板的成形性要求。　　NANOHITEN是强度级别为780MPa的热轧钢板，其特点是塑性好、扩孔率高，具有优良的翻边成形性能和稳定的力学性能，其典型的力学性能如表3。NAN0780可应用于车身和底盘中的各类加强件、臂类与梁类零件，以及车架零件等。图4为该材料在

5、悬架系统中应用的实例。　　ERW和HISTORY是JFE针对汽车悬架系零部件开发的高强度钢管，强度级别也是780MPa。该材料具有良好的液压成形性能——其弯曲半径小于2D(D为钢管外径)，较高的疲劳强度和韧性，以及较好的涂装性能。新钢管已开始应用于悬架系统的臂类零件。　　　　SteIco公司最近开发出了一种代号为SteIRMM的高强度微合金，并已投放市场。表4列出了新钢种和两个传统弹簧钢的化学成分。试验表明，SteIRMM的断裂韧性较传统弹簧钢SAE5106和SAE9259约高22%，这种提高得益于微量合金元素添加所带来的材料显微组织、晶粒尺寸、夹杂物形态的改善，

6、以及化学强化与沉淀强化作用的加强。利用SteIRMM制造SUV后簧，其工作压力提高了11%，质量从5.6kg降至4.6kQ，减重幅度为18%。　　2．2新版高强度钢应用指南发布　　　　2005年3月，国际钢铁协会发布了《先进高强度钢应用指南(2.3版)》，该指南集中了先进高强度钢已成熟的技术新成果和生产经验，主要是白车身的成形技术和连接技术，旨在进一步推动高强度钢在汽车中的应用。手册主要内容如下。　　　　第一部分简单介绍双相钢(DP)、相变诱导塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)和马氏体钢(Mart)等先进高强度钢，以及它们与普通高强度钢的区别。　　　　第二部分——

7、板材成形与管材成形，主要有材料力学性能的影响、材料的成形性能、模具设计与设备选用、回弹预测、分步成形等。　　　　第三部分——连接技术，包括焊接工艺(电阻焊、高频感应焊接、激光焊接和电弧焊，以及焊接接头性能试验与评价)、铜焊、粘结、混合连接(点焊加粘结)等。　　　　欧盟于2004年也发表了类似的高强度钢应用指南。　　　　2．3成形技术　　　　(1)液压成形　　　　高强度钢的液压成形技术仍处于发展阶段。研究的重点包括：降低材料在成形过程中的加工硬化倾向；开发适用于液压成形工艺的材料；改善润滑条件；提高生产效率；用于白车身结构的薄壁、拼焊。锥形钢管的成形性。弯曲性能和连

8、接性能，生