高強鋼板 1、汽車用高強鋼板的發展現狀和趨勢 汽車工業要求冷軋鋼板重量輕,成形性好,壽命長,安全性好,環境良好。 第一,汽車輕量化對于提高燃料效率、減少C02排放是極為重要的。為了解決這個問題,需要提高汽車用鋼板的強度,使鋼板在厚度減薄的情況下,仍然可以保持原來的強度水平。DP鋼、TRIP鋼就是為此目的而開發的。 第二,鋼板的成形性決定了汽車成形過程的生產效率。一般說來,隨著強度的提高,鋼材的成形性就容易惡化,而具有高塑性的鋼板,卻能在經過多階段的加工后,仍然不發生裂紋。近年開發的自潤滑鋼板由于改進了鋼板涂層的潤滑性能,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,如果材料強度過低,就容易發生凹陷變形。BH鋼在成形之后,在烤漆過程中可以進一步提高其強度,這實際上讓汽車在使用過程中得到了更高的強度,因而具有良好的抗凹陷性。 第四,汽車鋼板需要的另一個重要因素是壽命,即耐腐蝕性。特別是在北美,為了除去積雪,人們大量使用對鋼有強烈腐蝕作用的氯化鈣,對汽車鋼板耐腐蝕性提出了更高的要求。應對腐蝕問題的重要措施是對鋼板進行各種表面處理,例如鍍鋅。所以,近年表面處理鋼板的用量持續增長,盡管其價格比普通鋼板要高。另外,低成本的耐腐蝕鋼板也在不斷地被開發出來。 第五,鋼板的安全性,特別是與沖撞有關的安全性。為了保證乘用者的安全,研究人員目前正在開發既具有高強度,又具有良好耐沖撞性能的高強鋼板,用于汽車的結構件和底盤等部件。 第六,汽車對鋼板的環保程度有進一步要求。國際上已經制定了一系列法規和制度,強化環境保護,明令禁止使用對人類有害的物質。近年開發的無三價鉻、無鉛的涂鍍層板,就順應了這種趨勢。 汽車用冷軋鋼板的類型性能 強化機制 成分設計舉例 強度水平 特性 應用舉例 固溶強化 (低碳)P, Mn-P, Si-Mn系 ~490 深拉,一般加工 外板、內板、結構件 固溶強化 (極低碳)Si,Mn,P+Ti, (Nb), (B)等 ~490 深拉 外板、內板、結構件 析出強化 (低、中碳)Mn-Nb, Si-Mn-Nb等 ~590 一般加工 內板、結構件 組織強化(馬氏體系) (低、中碳)Si-Mn, Si-Mn-P等 590~980 DP鋼(低屈強比型) 結構件 組織強化(殘余奧氏體系) (低、中碳)Si-Mn等 590~980 殘余奧氏體(TRIP)鋼 結構件 析出+組織強化 (低、中碳)Si-Mn- Ti-(Mo)等 ~1470 超高強度鋼 結構件 由于采用不同的強化機制,汽車用鋼板有不同的組織,因而有不同的強度水平。其中,抗拉強度低于270MPa的鋼板,主要是用作面板的低強度IF鋼和低碳鋼;抗拉強度在270~700MPa的屬于高強度鋼,包括高強度IF鋼、BH鋼、C-Mn鋼、HSLA鋼以及一部分DP鋼和TRIP鋼;超過700MPa的鋼板為超高強度鋼板,包括高強度級別的TRIP鋼、DP鋼以及馬氏體鋼和新開發的TWIP鋼。其中TWIP鋼由于其獨特的高延伸、高強度而受到人們的重視(表1所示為汽車用高強度鋼板的強化機制、化學成分設計、強度水平、應用舉例)。 不同的汽車零件,將經歷不同特征的變形過程,因而要求使用不同類型的鋼板。考慮到材料特性和強度水平,一般將汽車零件分為面板、結構件、加強件和底盤。 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,具有良好的抗凹陷性。盡管提高屈服強度可以提高抗凹陷性,但是為了防止沖壓過程中鋼板表面發生畸變,屈服強度一般不超過240MPa。為了解決成形性和抗凹陷性的矛盾,研究人員開發了BH鋼。BH鋼在成形加工中強度低,成形后材料發生加工硬化,強度有所提高。經過烘烤涂漆后,BH鋼的強度進一步提高,較好地解決了上述成形性和抗凹陷性的矛盾。過去20年,BH鋼的應用增長迅速。另外,IF鋼(包括低強度的軟鋼和高強IF鋼板)的特點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。 結構件和加強件是重要的安全防護件,因此必須具有高的沖擊吸收能力。當然,此種鋼材必須具有良好的成形性能,以便沖制成形狀復雜的零件。對于高強鋼來說,一般隨著鋼板強度的增加,其延伸率降低。DP鋼和TRIP鋼兼有高的強度和良好的延伸,因而廣泛應用于汽車的結構件和加強件,如車門和后背箱蓋等。 對于車體下部的結構件,過去以沉淀硬化鋼為主。但是,近年兼有強度和優良成形性能的DP鋼和TRIP鋼的應用已呈上升趨勢。比如,780MPa超強鋼板用于懸掛件和車輪等車體下部零件;超強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級的超強鋼板用于震動吸收裝置,如安裝在緩沖器和車門上的防震沖擊梁。 2、汽車用高強冷軋鋼板的發展趨勢 1.耐腐蝕鋼板。由于高強鋼板成分設計和變形規律有自己的特點,所以涂鍍過程有較大難度。首先,高強鋼板采用一定含量的Mn和Si也經常使用各種合金元素,由于不同元素與鐵的氧化特性不同,一些元素發生選擇性氧化,常常會在鋼材表面形成氧化物,這些氧化物會造成漏鍍點,導致材料的涂鍍質量和抗腐蝕能力變差。其次,由于高強鋼板,如DP或TRIP,熱處理的溫度制度,特別是等溫時效處理的溫度,與涂鍍的溫度不一致,需要調整高強鋼板連續退火和熱浸鍍的溫度制度。此外,如何調整和控制高強鋼板熱處理的溫度制度,實現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題。 2.TWIP鋼。由于環保和節能的要求,需要減輕車體重量;但如果要安全和舒適,又會引起車重增加。為了解決這一對矛盾,需要同時提高材料的成形性和材料的強度,實現材料強度和延展性的平衡。近年開發的TWIP鋼就是在這個方向上的一個重要進展。與DDQ級沖壓板相比,TWIP鋼同樣可以沖制各種形狀復雜的零件,強度卻要高出2-5倍;其抗拉強度與熱處理鋼相當,延展性卻比熱處理鋼強10倍;TWlP鋼有非常強的加工硬化能力和非常大的延伸率,這種性能即使在高應變速率下也能保持。因而,TWIP鋼在撞擊等高應變過程中,可以保證汽車非常高的安全性。這是TWIP鋼受到青睞的一個非常重要的原因。 3.熱沖鋼板。隨著強度的提高,鋼板成形性能下降,形狀凍結性變差,造成成形負荷增大,工具、模具的磨損和損壞嚴重。所以,研究人員近年研發了“熱沖+熱處理”的處理方法,以滿足客戶對進一步提高鋼板強度的迫切要求。 |