中國(guó)汽車板行業(yè)研究報(bào)告

1、國(guó)內(nèi)外汽車用鋼發(fā)展情況分析第一節(jié) 國(guó)外汽車用鋼開發(fā)情況一、高強(qiáng)鋼板根據(jù)鋼中的合金含量可以將超高強(qiáng)度鋼分為低合金超高強(qiáng)度鋼、 中合金超高強(qiáng)度鋼和高合金超高強(qiáng)度鋼。 據(jù)合結(jié)鋼的物理冶金學(xué)特點(diǎn)可以將超高強(qiáng)度鋼分為低合金超高強(qiáng)度鋼、 二次硬化超高強(qiáng)度鋼和馬氏體時(shí)效鋼。低合金超高強(qiáng)度鋼大多是AISI 4130 、 4140 、 4330或 4340 的改進(jìn)型鋼； HY180 和 AF1410 是典型的二次硬化型中合金超高強(qiáng)度鋼； 高合金 超高強(qiáng)度鋼的典型代表是馬氏體時(shí)效鋼。AISI4340 是最早出現(xiàn)的低合金超高強(qiáng)度鋼。它于1950 年開始研究，并于1955 年應(yīng)用于飛機(jī)起落架。通過淬火和低溫回火處理，

2、 AISI4130 、 4140 、 4330 或 4340 鋼的屈服強(qiáng)度可以超過1500MPa，然而缺口沖擊韌性降低。在鋼中添加1 %2%的硅可以抑制回火時(shí)e-碳化物生長(zhǎng)及Fe3c形成，提高回火溫度(260-315 C)來消除熱應(yīng)力和相變應(yīng)力以提 高韌性，同時(shí)又可避免馬氏體回火脆性。坩堝熔煉 Hy-Tuf 和 300M 便是利用上述原理開發(fā)的高硅低合金超高強(qiáng)度鋼。 1952 年美國(guó)國(guó)際鎳公司開發(fā)的 300M 鋼是在 4340 鋼中添加硅和釩元素。 300M 鋼在 300 回火可獲得最佳的強(qiáng)度和韌性配合。通過調(diào)整碳含量和添加釩，開發(fā)了 AMS6434 和 LadishD6Ac 鋼。通過對(duì) AI

3、SI4330 的改進(jìn)，我國(guó)開發(fā)了高性能 685 和 686 裝甲鋼。在工藝性能相當(dāng)?shù)臈l件下，高性能685 裝甲鋼的抗槍彈和抗炮彈性能優(yōu)于目前我國(guó)大量應(yīng)用的前蘇聯(lián)2 n和43 nCM裝甲鋼。在 AISI4340 的基礎(chǔ)上，我國(guó)還研制了高硬度695 裝甲鋼，其抗穿甲彈防護(hù)系數(shù)達(dá)到 1.3 以上。值得注意的是，盡管以4340 和 300M 鋼為代表的低合金超高強(qiáng)度鋼具有高強(qiáng)度， 但它們的斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕 能力較差。除了廣泛應(yīng)用的 AF1410 等二次硬化超高強(qiáng)度鋼之外，為了獲得更高的強(qiáng)度和韌性配合，美國(guó) SRG 在二次硬化鋼的物理冶金學(xué)研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了高潔凈度的 AerMet 鋼。高潔凈度保證

4、了 Aer-Met100 鋼(0.23 c-3 cr-11.1 Ni-13.4 co-1.2 Mo) 具備目前最佳的強(qiáng)度和韌性配合。 AerMet310(0.25%C-2.4 %Cr-11 %Ni-15 % Co-1.4 %Mo)是最近c(diǎn)arpenter 公司在 AerMet100 的基礎(chǔ)上開發(fā)的高強(qiáng)高韌鋼。與AerMet100 相同，AerMet310 也是雙真空冶煉的含鎳鈷鋼，它具有良好的韌性和塑性。 AerMet310 的抗拉強(qiáng)度是 2172MPa ，比 AerMet100 高出 200MPa 。與 Marage300 相比， AerMet310 的屈強(qiáng)比較小， 因而可在斷裂前吸收較多的

5、塑變能量。 AerMet310 的比強(qiáng)度高于 AerMet100和 Malage300 ，甚至高于Ti-6Al-4V 鈦合金。高強(qiáng)度的 AerMet310 將可能應(yīng)用于下一代飛機(jī)的起落架和零件。超高強(qiáng)度鋼將向高性能和低成本方向發(fā)展。 為了達(dá)到高強(qiáng)度和高韌性， 除了設(shè)計(jì)新型合金之外， 提高潔凈度是一個(gè)重要手段。 影響馬氏體時(shí)效鋼廣泛應(yīng)用的主要因素是其高合金含量帶來的高價(jià)格，開發(fā)經(jīng)濟(jì)型的無鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼是超高強(qiáng)度鋼的又一重要發(fā)展方向。二、鍍層鋼板不同鍍層和鍍層厚度不同的鋼板， 可以滿足不同汽車零部件的不同防腐要求。 主要有鍍鋅板、鍍鋁板、有機(jī)涂層板和復(fù)合涂層板等。復(fù)合涂層板包括Zn-Cr-Fe 、

6、 Zn-Ni（13%Ni）等合金涂層。 鍍鋁板的開發(fā)是為了提高汽車消聲器的使用壽命。 如采用 12CrSiMoAl 鋼板，再加鍍鋁，消音器壽命可提高 34 倍。目前， 國(guó)外鍍層鋼板技術(shù)先進(jìn)， 如韓國(guó)浦項(xiàng)集團(tuán)， 為了適應(yīng)汽車制造商對(duì)汽車用鋼板使用方式的變化， 依據(jù)其技術(shù)上的獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)， 將熱鍍鋅板、 冷軋板和熱軋卷板的生產(chǎn)比例調(diào)整為各占 40 、 30 和 30 。第二節(jié) 新一代汽車鋼板技術(shù)開發(fā)動(dòng)向一、超成形性鋼板的開發(fā)此類鋼板用作耐沖擊的安全部件和車輪等旋轉(zhuǎn)部件， 須兼?zhèn)鋬?yōu)良延性和擴(kuò)孔性， 故適當(dāng)控制鋼的組織十分重要。重視延伸率（即延性）鋼板的代表是DP （雙相）鋼和TRIP （殘余奧氏體

7、）鋼。前者雖然為傳統(tǒng)產(chǎn)品，但每當(dāng)進(jìn)行達(dá)780MPa 、 980MPa 級(jí)鋼板的高強(qiáng)度化時(shí)，為確保獲得最佳的成形性， 必須對(duì)成分及制造條件進(jìn)行充分地研究開發(fā)。 后者至今仍是世界性的研究對(duì)象（相關(guān)的國(guó)際研討會(huì)也頻繁召開），其延性優(yōu)良的原因是由于在形變中鋼板殘余的奧氏體（ A ）相變?yōu)轳R氏體（M ），變形部位被強(qiáng)化且難以產(chǎn)生縮頸，從而提高了均勻延伸率。為了確保 TRIP 薄板的優(yōu)良焊接性， 須將其 C 含量控制在0.2% 以下， 但為了將 A 在室溫下殘留下來，須將A 中的含量富集到 1.0% 左右。為此，向鋼中加入 Si 、 Al 等元素，提高滲C體的生成自由能而使之不能析出，以確保未相變A 中的

8、 C 含量。為了定量把握這些現(xiàn)象，最近開發(fā)的數(shù)學(xué)模型可計(jì)算出鋼中的殘余A 量及其 C 含量，從而能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行TRIP 鋼最佳制造條件的研究。如上所述， TRIP 鋼因加入 Si 而抑制了滲C 體析出，但也在鋼板表面生成了 Si 氧化物而延遲了熔融鍍 Zn 的溫潤(rùn)性及合金化。最近采用了向鋼中加入 Ni 、 Cu 的新成分設(shè)計(jì)，同時(shí)解決了多個(gè)問題，相應(yīng)開發(fā)了性能優(yōu)良的 TRIP 鍍鋅鋼板?，F(xiàn)在，除了繼續(xù)開發(fā)DP 和 TRIP 鋼板之外，不少國(guó)家都在大力開展對(duì)超細(xì)晶粒鋼的開發(fā)： 不依賴于合金元素的添加， 而是從再循環(huán)和節(jié)約資源的觀點(diǎn)， 盡可能將普碳鋼的組織細(xì)化而將之高強(qiáng)度、高韌性化。二、兼具耐凹陷

9、性和耐應(yīng)變性外板用鋼板的開發(fā)1 、日開發(fā)高加工性能的車用熔融鍍鋅高強(qiáng)度鋼板2006 年初，日本神戶制鋼開發(fā)出了具備高加工性的“汽車用熔融鍍鋅高強(qiáng)度鋼板”。在表示鋼板加工性的評(píng)價(jià)指標(biāo)延展性方面， 此次開發(fā)的鋼板提高到了該公司以前產(chǎn)品的約1.3倍，將作為拉伸強(qiáng)度為590980MPa級(jí)的超高延展性鋼板，進(jìn)入“神戶超高強(qiáng)度鋼板” 產(chǎn)品線。 各大汽車廠商對(duì)該產(chǎn)品給予了高度評(píng)價(jià)， 并紛紛決定在2007 年度以后開始量產(chǎn)的車型中采用。汽車廠商既要不斷強(qiáng)化車體結(jié)構(gòu)， 以應(yīng)對(duì)日本、 美國(guó)和歐洲汽車碰撞管制和分級(jí)制度嚴(yán)格化的趨勢(shì)， 又要通過采取環(huán)保對(duì)策來減輕車體重量， 由于目前的狀況越來越要求二者同時(shí)兼顧，因此在

10、車體骨架部件上采用高強(qiáng)度鋼板已是大勢(shì)所趨。支柱（ Pillar ）及機(jī)件類方面對(duì)單層成形性優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼板的需求，以及局部加強(qiáng)件（ Reinforce ）等方面對(duì)成形性優(yōu)異的高強(qiáng)度厚鋼板的需求均相當(dāng)高，神戶制鋼為了滿足這種需求而開發(fā)了新的高強(qiáng)度鋼板。神戶制鋼在熔融鍍鋅工序中采用了應(yīng)用超微級(jí)特殊表面調(diào)整技術(shù)的新工藝， 實(shí)現(xiàn)了此前熔融鍍鋅鋼板中無法采用的新成分構(gòu)成。從而得以控制住顯微組織，提高了鋼板的加工性。新的高強(qiáng)度鋼板將在 2006 年 4 月完成了改造調(diào)整的加古川制鐵所1 號(hào)熔融鍍鋅生產(chǎn)線上進(jìn)行制造。 該生產(chǎn)線能制造最大板厚為 3.2mm 的冷軋鋼板產(chǎn)品， 因此新的高強(qiáng)度鋼板 的應(yīng)用用途還將

11、進(jìn)一步拓寬。2 、 JFE 鋼鐵開發(fā)出 2 種車用高張力鋼板780MPa 產(chǎn)品用于鈴木汽車JFE 鋼鐵面向車架構(gòu)造部件開發(fā)出了沖壓成形性能出色的 1180MPa 級(jí)高強(qiáng)度冷扎鋼板“高加工性WQ 高張力鋼板”系列。新型高張力鋼板的延展性為原 1180MPa 級(jí)高張力鋼板的 1.5 倍以上，可與普通980MPa 級(jí)高張力鋼板媲美， 擴(kuò)孔性同樣可與普通980MPa級(jí)高張力鋼板媲美。 由此， 繼已開發(fā)完成的 780MPa 級(jí)及 980MPa 級(jí)產(chǎn)品之后， 該系列高張力鋼板又?jǐn)U充了新產(chǎn)品。180MPa 級(jí)高張力鋼板已被應(yīng)用于以輥軋成形（ Roll Forming ）等彎曲加工為主的保險(xiǎn)杠及加強(qiáng)部件等，

12、不過使用于需要更高級(jí)的沖壓加工成形的駕駛室周圍的車架構(gòu)造部件等時(shí)，拉伸成形性不足。因此該公司通過采用自主開發(fā)的 WQ （水淬冷卻）式連續(xù)退火處理“ JFE-CAL ”最佳控制金屬組織，開發(fā)成功了兼具出色的延展性及拉伸凸緣性（ Stretch Flange ，即擴(kuò)孔性）的高張力鋼板。新型高張力鋼板除出色的沖壓成形性外，還具有2 大特點(diǎn)：（ 1 ）憑借利用 WQ 方式的低碳當(dāng)量設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了出色的延遲破壞特性及熔接性；（ 2 ）通過沖壓成形時(shí)高度加工硬化以及涂裝烤漆時(shí)大幅提高強(qiáng)度，使替代熱沖壓部件 成為了可能。另外 JFE 還宣布，鈴木于2006 年 1 月上市的“ MR Wagon ”的構(gòu)造部件首

13、次采用了“ 780MPa 級(jí) GA 高張力鋼板”。該公司與鈴木聯(lián)合開發(fā)的該高張力鋼板實(shí)現(xiàn)了 2 倍于原高張力鋼板的出色沖壓成形性。 具體來說， 在兼顧延展性和擴(kuò)孔性的平衡的同時(shí)， 將由成形時(shí)沖壓破損主要致因 - 裁切斷面產(chǎn)生的裂縫控制到了最小限度。該高張力鋼板適用于使用 270MPa 級(jí)鋼板的大型部件。在采用該高張力鋼板時(shí)，無需加強(qiáng)部件， 可減輕構(gòu)造部件的重量， 削減沖壓成型費(fèi)及組裝工數(shù)做出貢獻(xiàn)。 實(shí)際上，鈴木的應(yīng)用實(shí)例表明，與使用 270MPa 級(jí)鋼板相比，可減輕25 的重量。三、在中、高強(qiáng)度區(qū)域成形性良好的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼板方面的開發(fā)1 、汽車外板用鋼種類大體上說汽車內(nèi)外板用鋼有如下幾種：

14、（ 1 ）普通低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼； （ 2 ）以 Nb 、 Ti 為碳氮化物形成元素的細(xì)化晶粒鋼和沉淀強(qiáng)化鋼；（ 3 ）鐵素體基上彌散分布的馬氏體復(fù)相組織強(qiáng)化的雙相鋼；（4）利用殘余奧氏體產(chǎn)生高延性的TRIP 鋼（相變誘導(dǎo)）；（ 5 ） Nb 、 Ti固定超低碳（ C<20ppm ）的 IF 鋼，是具有高r 值的強(qiáng)化型IF 鋼。2 、鋼板厚度與安全性并不等價(jià)在車身的功能設(shè)計(jì)方面， 車身重量的最佳化基于對(duì)安全、 舒適、 節(jié)能和環(huán)保四個(gè)方面要求的綜合考慮與分析。 安全和舒適要求增加車身重量， 而節(jié)能和環(huán)保要求降低車身重量。 因此， 降低車身重量受到了安全性和舒適性要求的限制。 對(duì)于汽車制造商和汽車

15、鋼板生產(chǎn)商來說， 車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化都是至關(guān)重要的。 鋼廠可生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板以減薄車身結(jié)構(gòu)板的厚度和重量。汽車制造廠可通過改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在適當(dāng)降低重量的同時(shí)，提高靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度。這樣，新的車身設(shè)計(jì)才能同時(shí)滿足社會(huì)需求（節(jié)能和環(huán)保）和開車人需求（舒適和安全）?；谝陨涎芯?，轎車車身用鋼板的主要趨勢(shì)是向減薄、高強(qiáng)度發(fā)展。很多消費(fèi)者認(rèn)為車身的鋼板厚度越大車就越結(jié)實(shí)，其實(shí)這只是一種表面上的主觀猜測(cè)。目前的汽車制造業(yè)中， 使用較多的是普通低碳鋼板。 低碳鋼板具有很好的塑性加工性能，強(qiáng)度和剛度也能滿足汽車車身的要求， 因此在車身上應(yīng)用很廣。 為了滿足汽車制造業(yè)追求輕量化的要求， 鋼鐵企業(yè)推出了高強(qiáng)度汽車鋼板。

16、這種鋼板是在低碳鋼板的基礎(chǔ)上采用強(qiáng)化方法得到的， 抗拉強(qiáng)度得到大幅的增強(qiáng)， 可以在厚度減薄的情況下依然保持車身的機(jī)械性能要求， 從而減少了汽車質(zhì)量。 譬如原來用厚度1mm 鋼板做側(cè)面板， 采用了高強(qiáng)度鋼板只需要0.8 mm 。高強(qiáng)度鋼板還可以有效地提高車身的抗沖擊能力，并進(jìn)而提高汽車的經(jīng)濟(jì)性，滿足更為嚴(yán)格的碰撞標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)。3 、高強(qiáng)度細(xì)顆粒鋼NFG中山制鋼生產(chǎn)的高強(qiáng)度細(xì)顆粒鋼NFG 在金融危機(jī)中需求十分旺盛， 2008 年已增產(chǎn)20% ，由于其高利潤(rùn)對(duì)企業(yè)效益起了支撐作用， 2009 年中山制鋼雖然減產(chǎn)，但對(duì)NFG 鋼的生產(chǎn)仍保持了 2008 年的水平。 NFG 鋼的特點(diǎn)是在大壓下軋制后快

17、冷使結(jié)晶粒徑微細(xì)化，從而保證強(qiáng)度和粘性同時(shí)提高。 NFG 鋼的結(jié)晶粒徑不到普通鋼材的 1 3 ， 由于結(jié)晶粒徑小，其結(jié)晶結(jié)合力就強(qiáng)，強(qiáng)度和韌性也就高。用 NFG 鋼生產(chǎn)汽車部件用鋼板，其厚度可減少到原來的 12 左右，并使Si 、 Mn 等合金元素的添加量減少到原來的 1 2，不僅有利于汽車輕型化節(jié)油，還有利于節(jié)約鐵合金。4、強(qiáng)化汽車鋼板競(jìng)爭(zhēng)力新技術(shù)韓國(guó)現(xiàn)代 HYSCO 公司已經(jīng)成功開發(fā)出生產(chǎn)汽車用鋼板的新型熱沖壓方法,并計(jì)劃明年將該新方法應(yīng)用于汽車鋼板生產(chǎn)線進(jìn)行批量生產(chǎn)汽車鋼板, 從而強(qiáng)化其汽車鋼板生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)力。一旦新熱沖壓方法,即對(duì)軋制過程后加熱的鋼板進(jìn)行淬火的方法應(yīng)用于該公司汽車鋼板生產(chǎn)

18、線 ,可以將鋼板強(qiáng)度提高35 倍, 由此有助于降低汽車重量和改進(jìn)汽車的燃油效率。 在歐洲,采用這種方法生產(chǎn)的汽車鋼板消費(fèi)量每年都增長(zhǎng) 20% 。連同拼焊板技術(shù)和液壓成形技術(shù),應(yīng)用新熱沖壓方法到汽車鋼板生產(chǎn)線中 ,將有助于提高現(xiàn)代HY-SCO 公司未來汽車鋼板競(jìng)爭(zhēng)力。作為肯定可以提高現(xiàn)代HYSCO 公司汽車鋼板競(jìng)爭(zhēng)力的計(jì)劃的一部分,該公司和日本JFE 鋼鐵公司從熱軋帶鋼階段開始合作, 正在開發(fā) ES35 鋼板 ,該鋼板是通過對(duì)含有非凡成分 , 如金屬鈦的鋼板進(jìn)行熱處理生產(chǎn)出來的 , 從而可以改進(jìn)汽車鋼板的塑性。四、超高強(qiáng)度區(qū)域加固部件用高強(qiáng)度鋼和熱沖壓部件的開發(fā)1 、汽車車身用超高強(qiáng)度鋼薄板汽車

19、超高強(qiáng)度鋼（ AHSS ） 薄板是現(xiàn)代轎車車身制造過程中的首選材料。 使用該材料后，車身重量會(huì)下降20% 左右， 整車重量會(huì)下降3 至 5% ， 轎車的燃油消耗下降2% 左右， 轎車的廢氣排放情況也會(huì)有所改善。 新材料及其相應(yīng)新工藝中的制定板材技術(shù)、 智能化沖壓技術(shù)和激光技術(shù)等， 使現(xiàn)代車身制造技術(shù)產(chǎn)生了一個(gè)新的飛躍。 在汽車車身制造的發(fā)展進(jìn)程中，早期的汽車車身是使用低強(qiáng)度鋼薄板（如 A1 、 A2 、 A3 鋼板），屈服強(qiáng)度少于210MPa 。后來，大多數(shù)汽車車身都使用高強(qiáng)度鋼板（如 HSS 鋼，包括 CMN 、 HSLA 、 BH 、 HSSIF鋼等），屈服強(qiáng)度在210Mpa 至 550M

20、Pa 之間。近幾年，有些汽車開始采用超高強(qiáng)度鋼薄板（ AHSS 鋼中 M 、 DP 、 TRIP 、 CP 鋼），其屈服強(qiáng)度在550MPa 至 1200MPa 之間。目前全世界擁有6.25 億輛汽車，這成為大量能源的消耗，大量產(chǎn)生排放和噪音，造成環(huán)境污染的主要源頭。在汽車制造中采用超高強(qiáng)度鋼薄板，是解決汽車車身自重大、噪音大、油耗高、 回收利用率低、 成本高等難題的有效途徑之一。 性能和選用汽車車身用超高強(qiáng)度鋼薄板，主要是指AHSS 鋼，包括：雙相鋼（ DP ）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（ TRIP ）、復(fù)相鋼（ CP ）和馬氏體鋼（ M ）。這類鋼主要通過相應(yīng)的相變來強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu)，達(dá)到相對(duì)的超高強(qiáng)度（

21、強(qiáng)度范圍 500 至 1500MPa ），并且具有較高的疲勞強(qiáng)度、成型塑性、碰撞吸收性能、高的減振減重潛能和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn)。汽車車身用超高強(qiáng)度鋼薄板，一般包括雙相鋼（ DP ）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（ TRIP ）、復(fù) 相鋼（ CP ）和馬氏體鋼（ M ）。DP 鋼主要的組織是鐵素體和馬氏體或奧氏體， 其中馬氏體含量在 5% 至 20% 之間。 強(qiáng) 度為 500 至 1200MPa, 并具有低的屈強(qiáng)比、高硬化指數(shù)、高加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性 能，而沒有屈服延伸和室溫時(shí)效等優(yōu)點(diǎn)。DP 鋼一般用于制造高的強(qiáng)度、高的抗碰撞吸收、易成型、要求嚴(yán)格的零件，如車輪輪轂、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)和加強(qiáng)件，也可用

22、在汽車的內(nèi)外板等零件上。DP 鋼主要成份是C 和 Mn ，也可適量加CrMo ，使 C 曲線右移，避免冷卻時(shí)析出珠光體和奧氏體。TRIP 鋼主要組織是鐵素體、奧氏體和殘留奧氏體。主要成份是C、 Si 和 Mn ，其中 Si作用是抑制貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)滲碳體析出。屈服強(qiáng)度為 600 至 800MPa 。與其他同級(jí)別的高強(qiáng)度鋼相比， TRIP 鋼的最大特點(diǎn)是兼具高強(qiáng)度和高延伸性能，可沖制較復(fù)雜的零件；還具有高碰撞吸收性能，車身一旦遭遇碰撞，通過自身形變來吸收能量，而不向外傳遞，常用作汽車的保險(xiǎn)杠、汽車底盤等。此外，它還具有優(yōu)良的高速力學(xué)性能和抗疲勞性能，主要用于汽車結(jié)構(gòu)件及其加強(qiáng)件、以及拉延深的汽車零件

23、，如機(jī)油盤、車門、罩殼等。CP 鋼主要組織是細(xì)小的鐵素體和高比例的硬相（馬氏體、貝氏體），含有NbTi 等元素。 CP 鋼同 TRIP 鋼的冷卻模式相同，屈服強(qiáng)度為 800 至 1000MPa ，具有較高的吸收性 能和吸收擴(kuò)孔性能，特別適用于制作車門、防撞桿等零件。M 鋼主要組織是通過高溫的奧氏體組織快速淬火，轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體組織，含有較高的 C、 Mn 、 Si 、 Cr 、 Mo 、 B 、 V、 Ni 等合金元素。其最高屈服強(qiáng)度可達(dá)1500MPa ，是超高強(qiáng)度鋼中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼種， 主要用于成型要求低的車身零部件， 代替管狀零件， 減少 制造成本。2 、車身用超高強(qiáng)度鋼- 熱成形鋼（一

24、）熱成形的工藝原理將初始強(qiáng)度為 500600MPa的鋼板加熱到奧氏體溫度范圍（850 C）,然后在壓機(jī)上沖壓成所需形狀，同時(shí)以 2030 C /秒的冷卻速度進(jìn)行淬火，保壓一段時(shí)間以保證充 分淬透，最后零件隨室溫冷卻，成形后的零件的強(qiáng)度可以達(dá)到 1500MPa 左右。（二）優(yōu)點(diǎn)得到超高強(qiáng)度的車身零件；減輕車身重量約 20% （零件減薄和加強(qiáng)板數(shù)量的減少）；提高車身安全性（特別是側(cè)碰性能）、舒適性；改善沖壓成形性；控制回彈，提高零件尺寸精度；零件外形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蝕性。超高強(qiáng)度鋼的沖壓成形多為以彎曲 （如帽形） 為主體的加工。 為了提高鋼板的彎曲性能，控制鋼組織的均勻

25、性十分重要， 故利用組織控制開發(fā)了彎曲優(yōu)良的超高強(qiáng)度鋼， 且為了滿足最近對(duì)更復(fù)雜開頭部件用超高強(qiáng)度鋼的要求， 利用高度的組織控制， 實(shí)現(xiàn)了 DP 系延性重現(xiàn)型和延性擴(kuò)孔性平衡型鋼板的實(shí)用化。在使用超高強(qiáng)度鋼的汽車零部件上， 常擔(dān)心因氫脆而產(chǎn)生斷裂。 雖然對(duì)氫脆的機(jī)理尚未充分了解， 但已確認(rèn)若鋼中的擴(kuò)散性氫超過了由鋼的強(qiáng)度、 組織、 應(yīng)力狀態(tài)決定的極限氫含量，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。為了改善鋼的耐氫脆性，可增加 V 的碳（氮）化物等析出物和母材的共格界面以及晶界等截獲氫的位置， 利用熱處理延伸晶粒。 另外， 若含有殘余的鋼板因加工（形變）而生成M ，則會(huì)因鋼中產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)而增大其延遲斷裂敏感性。最近提出的

26、薄板用耐氫脆性能的評(píng)價(jià)方法， 有可能成為將來研究延遲斷裂的有效手段。 對(duì)于超高強(qiáng)度部件的制造，除沖壓、軋制成形外，還有用低強(qiáng)度鋼板成形后再淬火，回火等方法。因?yàn)樵谑覝氐某尚斡行螤顑鼋Y(jié)性差，金屬模磨損， 以及成形部件淬火造成的開頭不良等問題，因此， 最近受到關(guān)注的是以下熱沖壓超高強(qiáng)度部件制造方法。 這種方法是， 首先加熱鋼板至相變點(diǎn)以上，再在沖壓加工工序利用金屬模的散熱進(jìn)行模壓淬火。 其特點(diǎn)是同時(shí)提高了部件強(qiáng)度和形狀凍結(jié)性。作為在熱沖壓部件上附加耐蝕性的方法，使用了鍍 Al 鋼板。雖然Al 的熔點(diǎn)僅 660 ，在將熱沖壓鋼板加熱至A3 點(diǎn)以上會(huì)熔化，但因適當(dāng)控制加熱速度而進(jìn)行了鋼板表層Fe-Al

27、的合金化，從而抑制了Al 鍍層的熔融，故部件能在固態(tài)下沖壓成形，且產(chǎn)品耐蝕性優(yōu)良，還省略了非鍍層鋼板需消除氧化鐵皮的工序。3 、寶鋼在國(guó)內(nèi)率先研發(fā)出熱沖壓用超高強(qiáng)度鋼板2007 年 11 月，寶鋼在國(guó)內(nèi)率先試制出的用于生產(chǎn)汽車零件的熱沖壓用鋼板，發(fā)往用戶試用后， 反響良好。 這將使寶鋼超高強(qiáng)度汽車板的應(yīng)用前景更加廣闊。 在保證安全性的前提下， 選用強(qiáng)度等級(jí)較高的鋼板作為汽車車身、零件等用材， 可有效降低汽車重量，達(dá)到節(jié)能的目的。 隨著強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高，鋼板沖壓成形性能也相應(yīng)降低， 因此，一般的超高強(qiáng)度鋼板往往只能用來制造一些形狀簡(jiǎn)單的零件，應(yīng)用受到限制。由于熱沖壓用鋼板在交付汽車廠時(shí)， 強(qiáng)度

28、相對(duì)較低， 但在沖壓成形后或沖壓成形過程中進(jìn)行特殊的熱處理， 可使最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化， 滿足汽車高強(qiáng)度、輕量化的發(fā)展要求。熱沖壓用鋼板成為提升汽車零件強(qiáng)度、減重節(jié)能的理想選擇。寶鋼從 2005 年底開始熱沖壓用鋼板的研發(fā)。鑒于用其生產(chǎn)的汽車零件將用于 B 柱、車門防撞桿等涉及汽車碰撞安全性的關(guān)鍵部位， 其成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝均有特殊要求。 為此，寶鋼研究院的科研人員進(jìn)行了前期實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)研究，為這一鋼種的研發(fā)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。隨后， 他們與寶鋼分公司制造部、 熱軋廠、 冷軋廠以及銷售中心和知識(shí)資產(chǎn)部組成了課題組經(jīng)過共同努力， 于去年試制出第一批產(chǎn)品。經(jīng)測(cè)試，實(shí)物水平達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品水平，并先后

29、通過了國(guó)內(nèi)及國(guó)外某些知名零部件廠商的認(rèn)證，進(jìn)入批量供貨階段。五、鋼鐵材料的高強(qiáng)度化對(duì)于車體輕型化，高強(qiáng)度鋼材起著重要作用，其使用比率逐年增加。 1980 年使用比率為 10% 左右， 1990 年近 35% ， 2000 年增至近 50% 。最近，高強(qiáng)度鋼材使用比率進(jìn)一步 上升。汽車用高強(qiáng)度鋼板是根據(jù)其實(shí)際用途而采用各種強(qiáng)化機(jī)理而生產(chǎn)的。 傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼是以添加各種合金成分的固溶強(qiáng)化型和析出強(qiáng)化型高強(qiáng)度鋼為主流， 對(duì)于要求更高強(qiáng)度，則使用組織強(qiáng)化型高強(qiáng)度鋼。作為車體結(jié)構(gòu)用材料，抗拉強(qiáng)度為440MPa 級(jí)為目前的主流，但最近研發(fā)的車型多采用 590MPa 級(jí)，一些部位實(shí)事上已應(yīng)用 980

30、MPa 級(jí)的材料。汽車表面用鋼板。對(duì)于汽車面板，設(shè)計(jì)上要求具有高的加工性，使用以添加P 和 Mn的超低碳鋼為主的IF （無間隙原子）鋼、強(qiáng)度達(dá)到440MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼或烘烤研化 （BH） 鋼板。汽車車體用鋼板。由于融食鹽引起腐蝕問題，上世紀(jì) 80 年代北美和歐州對(duì)鋼板進(jìn)行防銹處理比率上升，并開發(fā)、使用各種防銹鋼板，但現(xiàn)在考慮到成本和全球性供貨， 采用熱鍍鋅（ GI ）和合金化熱鍍鋅（ GA ）鋼板的比重在增加。盡管高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板存在因母材中添加碳、硅、鋁等多種合金成分，導(dǎo)致鋅潤(rùn)濕性降低而不能鍍鋅等問題，但現(xiàn)在還在開發(fā)強(qiáng)度達(dá) 780MPa 級(jí)的 GI 和 GA 鋼板。汽車用棒材和線材。 汽車

31、發(fā)動(dòng)機(jī)、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和車輪部分使用的棒材和線材近年來向高強(qiáng)度化發(fā)展，其中螺栓、懸簧、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用材料高強(qiáng)度化尤為顯著，但由于腐蝕等原因，滲入鋼中的微量擴(kuò)散性氫集中在晶界等處，這些材料會(huì)出現(xiàn)“延遲斷裂”問題。所謂延遲斷裂，指的是經(jīng)過熱處理的高強(qiáng)度鋼在數(shù)秒以至幾十年后突然破壞的現(xiàn)象。 為防止延遲斷裂， 采取 了通過熱處理以控制晶界析出物，使晶界強(qiáng)度不致惡化等措施。懸簧用材料。 此種材料設(shè)計(jì)應(yīng)力目前正從傳統(tǒng)的 1000MPa 級(jí)向 1200MPa1300MPa級(jí)的高強(qiáng)度化方向發(fā)展。 在實(shí)現(xiàn)懸簧高強(qiáng)度化的過程中， 還要考慮到永久變形性、 疲勞強(qiáng)度、腐蝕環(huán)境下的疲勞壽命等因素。齒輪用鋼。 為了變速機(jī)的輕型化

32、和增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率， 解決齒輪損傷已成為重要研究課題。為此，汽車制造廠對(duì)齒輪用鋼進(jìn)行二硫化鉬的燒涂等潤(rùn)滑處理。為降低成本和提高可靠性，汽車制造商希望開發(fā)出高強(qiáng)度和無需潤(rùn)滑處理的材料。1 、激光堆焊應(yīng)用 - 表面耐磨處理為了獲得高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度性能， 通常在成型期間對(duì)汽車零部件進(jìn)行壓力硬化處理。 奧地利格拉茨理工大學(xué)的模具與成型研究所進(jìn)行的“ Cool Tool ”項(xiàng)目正是進(jìn)行了這方面的研究。 這套方案包含了一套對(duì)壓力硬化過程進(jìn)行低溫回火的模具加工系統(tǒng)， 這個(gè)系統(tǒng)利用經(jīng)過改進(jìn)的技術(shù)， 可以更加經(jīng)濟(jì)地對(duì)硼化合金鋼進(jìn)行壓力硬化處理。 冷卻通道的幾何形狀就像網(wǎng)絡(luò)一樣布滿于模具內(nèi)部，從而優(yōu)化了冷卻與加熱能

33、力，縮短了加工周期。模具通常采用球墨鑄鐵材料制成， 其成本很低， 而且便于進(jìn)行二次加工， 但是存在表面強(qiáng)度低、 耐磨性差等問題， 所以有必要在承受高載荷區(qū)域覆上一層高硬度材料， 激光粉末堆焊就可完成這個(gè)操作。 事實(shí)證明， 激光粉末堆焊是一種很好的完成此種工藝的方法。 通快激光系統(tǒng)公司也進(jìn)行了此種工藝的研究，并且開發(fā)出了金屬粉末直接沉積設(shè)備(Direct MetalDeposition ， DMD) 。在這種工藝中， 金屬粉末以與激光光束同軸的方向被送入工件表面激光熔池中， 而不必對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱。 金屬粉末與基體材料一起形成了高強(qiáng)度的耐磨冶金混合物。 與傳統(tǒng)的燒結(jié)方法相比，激光粉末沉積有著無可比

34、擬的優(yōu)勢(shì)：熱輸入量小，硬度增加而且表面裂紋減少；涂層內(nèi)部硬度有限分布， 摩擦系數(shù)好； 基體材料變形微乎其微， 殘余應(yīng)力在成型中不會(huì)導(dǎo)致 裂紋。而且激光粉末沉積完全可以用于自動(dòng)化生產(chǎn)。2 、三維激光切割 - 無可替代的方法切邊是對(duì)高強(qiáng)度鋼的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。 三維激光器切割適用于成型鈑金件的切邊， 特別是對(duì)于強(qiáng)度高達(dá)1500MPa 的鋼板，因?yàn)闆]有其他的加工方法可以替代。在這種情況下，用戶就沒有必要對(duì)昂貴的沖壓設(shè)備和剪裁設(shè)備進(jìn)行投資。 因?yàn)樵诩庸み@些高硬度的材料時(shí)， 傳統(tǒng)設(shè)備的沖?；蛘叩毒叩氖褂脡勖鼤?huì)大大縮短， 而激光切割就不必考慮這些問題， 還具有安裝時(shí)間短、可靈活更換產(chǎn)品或樣品生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。通快的三

35、維激光產(chǎn)品 TruLaserCell 已應(yīng)用于大眾帕薩特B 側(cè)圍的切割， 當(dāng)然包括切邊。B 側(cè)圍由高強(qiáng)度鋼熱成型而成，其硬度很高而且要承受很大的應(yīng)力。高強(qiáng)度鋼所制的 B 側(cè) 圍增加了耐沖撞力， 提高了汽車的安全性。 這也是盡管高強(qiáng)度鋼的成本較高， 可是汽車制造 商還是愿意使用的原因?？偨Y(jié)： 激光技術(shù)為加工處理高強(qiáng)度鋼開啟了一條新渠道， 提高了經(jīng)濟(jì)效益。 預(yù)計(jì)未來激光技術(shù)還將對(duì)汽車設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大的影響。六、降低成本材料1 、非調(diào)質(zhì)材料采用棒材和線材作原料的構(gòu)件， 多數(shù)加工后需要進(jìn)行淬火和退火等熱處理。 以降低成本為目的， 令人關(guān)注的是開發(fā)可省略這種熱處理的高強(qiáng)度非調(diào)質(zhì)鋼材， 但這種材料經(jīng)過鍛成形后

36、晶粒粗大，韌性難以得到保證。因此，采取添加V 和 TiN 獲得微細(xì)奧氏體的方法和分散MnS 確保必要韌性的方法，以獲得非調(diào)質(zhì)材料。2 、新涂漆鋼板歐洲汽車制造廠采用涂覆樹脂 （含有鋅粉等防銹顏料） 的鍍鋅鋼板作汽車外板。 它具有極強(qiáng)的防銹性能，用作車體材料時(shí)12 年內(nèi)不會(huì)發(fā)生穿孔。此外，采用傳統(tǒng)鋼板時(shí)，為確保防銹能力， 必須在門內(nèi)側(cè)邊緣部位人工噴漆大量樹脂進(jìn)行密封。 采用新涂漆鋼板可省略這一工序，從而大幅度降低人工費(fèi)和材料費(fèi)，使成本大幅降低。第三節(jié) 國(guó)內(nèi)汽車用鋼新材料，新品種的用途以及工藝要求一、熱軋酸洗涂油板其表面質(zhì)量、 厚度公差、 加工性能較好， 可以替代車身覆蓋件和以往用冷軋板生產(chǎn)的汽車

37、零部件，由此降低原材料成本10% 左右。目前，韓國(guó)浦項(xiàng)有2 條年產(chǎn) 100 萬噸的熱軋酸洗涂油板生產(chǎn)線，產(chǎn)品厚度最薄為 1.2mm 。寶鋼的熱軋酸洗生產(chǎn)線明年初建成投產(chǎn)。二、高強(qiáng)度IF 鋼板在 IF 鋼的基材里略微增加Mn 、 P 和 Si 的含量，或是其他不同元素的含量，可以在保持良好成型性的同時(shí)，提高其機(jī)械強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。所以采用高強(qiáng)度鋼板、 減薄厚度， 是汽車減重、節(jié)能、安全、環(huán)保的重要手段和方向，（汽車自重每降低1% ，燃油消耗下降0.6%1.0% ）。由國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)組織開發(fā)成功的 ULSAB 超輕結(jié)構(gòu)車身計(jì)劃使用高強(qiáng)度板的比例高達(dá)91% 。在寶鋼 1550 冷軋的產(chǎn)品中，高強(qiáng)度鋼已占

38、相當(dāng)比例。三、烘烤硬化鋼板這種加工性能良好而強(qiáng)度較低的鋼種，經(jīng)涂漆、烘烤后， 能提高屈服強(qiáng)度， 具有良好的抗凹性能。它的應(yīng)用，可以減薄零件，減輕本身自重。武鋼、寶鋼都在開發(fā)此類鋼種。四、鍍層鋼板不同鍍層和鍍層厚度不同的鋼板， 可以滿足不同汽車零部件的不同防腐要求。 主要有鍍鋅板、鍍鋁板、有機(jī)涂層板和復(fù)合涂層板等。復(fù)合涂層板包括Zn-Cr-Fe 、 Zn-Ni（13%Ni）等合金涂層。 鍍鋁板的開發(fā)是為了提高汽車消聲器的使用壽命。 如采用 12CrSiMoAl 鋼板，再加鍍鋁，消音器壽命可提高 34 倍。目前我國(guó)轎車所用鍍層板多為進(jìn)口。五、激光拼焊鋼板現(xiàn)代汽車為了增加整車剛性，減少零件數(shù)目， 將

39、幾個(gè)零件復(fù)合成一個(gè)零件。 于是， 剪裁 拼焊汽車沖壓毛坯的先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這種制造工藝是為了滿足轎車沖壓底板所需的寬度板材， 車頂覆蓋件和車底板所需冷軋深沖。寬面板的最大寬度為 1950mm ，我國(guó)全部依賴進(jìn)口，現(xiàn)已發(fā)展成不同厚度和不同強(qiáng)度級(jí)別的鋼板以及不同表面處理的鋼板， 剪裁拉薩焊在一起。 這樣， 一個(gè)大型沖壓構(gòu)件可以用拼焊毛坯來制造，從而簡(jiǎn)化了沖壓、焊接工藝，提高了沖壓件質(zhì)量，又降低了其成本。這種制造工藝通常采用激光拼焊手段， 寶鋼“用戶技術(shù)研究中心”已開始該項(xiàng)焊接工藝及性能的研究。六、減震鋼板國(guó)外廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩、 油底殼和發(fā)動(dòng)機(jī)隔板，以減少噪音。寶鋼已經(jīng)試產(chǎn)，一汽已經(jīng)使用

40、。復(fù)合板的基板采用電鍍鋅板，板厚0.9mm 。七、軋輥激光毛化軋輥激光毪化是近期開發(fā)的新的毛化技術(shù)， 意在改善深沖板的表面質(zhì)量， 提高其沖壓和涂漆性能。經(jīng)過激光毛化技術(shù)處理的鋼板表面微坑分布均勻， 且形貌可通過激光加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和控制。 還可以有效減少板卷間接觸面積， 防止或減少退火時(shí)板卷層間擴(kuò)散現(xiàn)象， 有益于改善板材質(zhì)量。寶鋼已在進(jìn)行這項(xiàng)工藝技術(shù)的開發(fā)?？傮w而言， 高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼等鋼鐵材料發(fā)展，已表現(xiàn)出強(qiáng)大的可應(yīng)用性， 在某些方面又有反替代鋁合金和鎂合金的趨勢(shì)。 這些新材料都將是中國(guó)汽車材料研究和應(yīng)用的方向。汽車用鋼的發(fā)展趨勢(shì)是：降低排放、降低成本，提高舒適性、安全性。汽車用鋼輕量化是重點(diǎn)研究方向。汽車用鋼的發(fā)展著重于以下幾個(gè)方面： 表面處理鋼板 （鍍鋅板， 合金化表面處理板等）用量日益增加，用于提高汽車耐蝕性能；