一文全面了解汽車用鋼材的一切

1、一文全面了解汽車用鋼材的一切 用鋼造汽車對(duì)于現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)是最基本的常識(shí)，但是很多人對(duì)車用鋼的理解還停留在低碳鋼的階段。其實(shí)雖然同為鋼材，如今的車用已經(jīng)不能和幾十年前的車用鋼同日而語(yǔ)。近幾十年對(duì)車用鋼的研究一直大步向前，車用鋼板越來(lái)越薄，鋼材強(qiáng)度和耐腐蝕性能大幅提高。許多鋼鐵企業(yè)為了應(yīng)對(duì)新材料的沖擊正積極和汽車企業(yè)合作開發(fā)能夠與鋁合金、塑料、碳纖維復(fù)合材料抗衡的輕量化高強(qiáng)度鋼。但是在混雜的汽車市場(chǎng)，現(xiàn)在很多企業(yè)都說(shuō)自己用了“高強(qiáng)度鋼”，其實(shí)什么級(jí)別的鋼算“高強(qiáng)度鋼”沒有一個(gè)準(zhǔn)確定義，它的指標(biāo)是隨鋼材強(qiáng)度提升過(guò)程增長(zhǎng)的。其實(shí)就類似于如今車型名稱里的“新”，什么“新XX車型”、“全新XX車型”、“新一

2、代XX車型”都是相對(duì)于上一代說(shuō)的。于是企業(yè)市場(chǎng)部繼續(xù)發(fā)揮混淆視聽大放煙幕彈，只要是300Mp級(jí)別以上的都叫“高強(qiáng)度鋼”。都叫“高強(qiáng)度鋼”的鋼材可能強(qiáng)度差出一倍?；谝陨蟽牲c(diǎn)，我覺得可以聊一聊車用鋼的話題，而為了內(nèi)容的豐富，我覺得可以先從鋼的應(yīng)用歷史聊起。1、鋼鐵的發(fā)展略史春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就開始有關(guān)于煉鐵的記載說(shuō)起鋼的歷史，最早可以追溯到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。當(dāng)時(shí)的主流金屬材料是青銅，這一點(diǎn)毋庸置疑。但是青銅無(wú)論是作為工具還是武器都存在“脆”的問(wèn)題，為了找到更好的替代材料，當(dāng)時(shí)的人們開發(fā)了早期的冶鐵技術(shù)。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的冶鐵技術(shù)被稱為“塊煉法”，是因?yàn)闊挸龅蔫F呈塊狀，而且很軟。此時(shí)的鐵器相比青銅器沒有太大的技

3、術(shù)優(yōu)勢(shì)。漢代的冶鐵技術(shù)進(jìn)步，鐵器逐漸普及到了漢代，冶煉技術(shù)得到改進(jìn)，風(fēng)箱的升級(jí)使得冶鐵爐的爐溫升高，并且人們意識(shí)到碳對(duì)于鐵硬度的影響，開始出現(xiàn)滲碳技術(shù)。漢代的冶煉方法被稱為“炒鋼法”，是因?yàn)闊掍摃r(shí)攪拌鍋中鐵水并加入合金元素的過(guò)程類似于炒菜。另外，為了排除雜質(zhì)，折疊鍛打技法也趨于成熟。優(yōu)質(zhì)的鐵首先用來(lái)制作兵器，于是在很多漢代墓葬中出土了鐵質(zhì)兵器。出土的三國(guó)時(shí)期鐵刀圖中這些鐵質(zhì)兵器均為三國(guó)時(shí)期的吳國(guó)制造，可見當(dāng)時(shí)冶鐵技術(shù)已非常成熟，鐵質(zhì)兵器得到普遍使用，形制上也產(chǎn)生了鐵刀、鐵戟、鐵矛、鐵鏃等等，鐵已經(jīng)完全取代了青銅的地位，人類歷史進(jìn)入了鐵器時(shí)代。唐刀的材料已經(jīng)可叫做鋼到了唐代，其實(shí)冶煉和鍛打方法沒

4、有非常明顯的改變，通過(guò)日積月累的經(jīng)驗(yàn)，鐵匠們已經(jīng)可以控制鐵制品內(nèi)部的含碳量。像有代表性的唐刀的含碳量大約在0.5%-0.6%之間，這個(gè)碳含量已經(jīng)屬于鋼的范疇。含碳量得到控制使唐刀兼顧韌性和硬度，這也是唐刀名揚(yáng)海外的原因之一。其實(shí)今天的鋼鐵冶煉中最基礎(chǔ)的部分也是控制含碳量，根據(jù)用途不同調(diào)整含碳量以調(diào)整鋼的韌性和硬度這兩個(gè)主要性質(zhì)。當(dāng)然，古人為了使刀劍同時(shí)具備韌和硬發(fā)明了包鋼、夾鋼等制作工藝，這已不在本文討論范圍。第一次工業(yè)革命將制鐵推上了工業(yè)化的道路人類對(duì)于鋼鐵需求量的第一次飛躍是第一次工業(yè)革命時(shí)期。蒸汽機(jī)的發(fā)明使得人類第一次擺脫了繁重的體力勞動(dòng)和依賴畜力進(jìn)行的生產(chǎn)，燃料驅(qū)動(dòng)的機(jī)器將人類的生產(chǎn)效

5、率提高了幾個(gè)等級(jí)。英國(guó)的紡織廠依賴于鋼鐵制造的蒸汽機(jī)和織布機(jī)蒸汽機(jī)車也鋼鐵的消耗大戶，以及與之配套的鐵軌在英格蘭的紡織廠里已經(jīng)不見成群的女工操作木質(zhì)紡織機(jī)織布，取而代之的是轟隆作響的鋼鐵機(jī)器。歐洲的大陸上也架起了鐵軌，蒸汽機(jī)車開始取代馬車成為人類的主要交通工具。從這時(shí)起，人類已經(jīng)無(wú)法離開鋼鐵，并且對(duì)鋼鐵的需求與日俱增。第二次工業(yè)革命將汽車與鋼鐵聯(lián)系到了一起如今，少量高性能車仍然使用鋼鐵制造第二次工業(yè)革命時(shí)期汽車誕生了，與此同時(shí)鋼鐵行業(yè)也跨上了一個(gè)新臺(tái)階，二者之間百年糾葛也從此開始。時(shí)至今日，現(xiàn)代的汽車上雖然已經(jīng)看不到“奔馳一號(hào)”的影子，但是它們?nèi)匀辉谑褂娩撹F制造，甚至是一些超級(jí)跑車。2、汽車用

6、鋼的強(qiáng)度等級(jí)現(xiàn)代汽車的車身由多種不同強(qiáng)度的鋼材拼焊而成現(xiàn)代汽車的車身都是由不同強(qiáng)度的鋼板拼焊在一起的，不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼板用于受力環(huán)境不同的位置，一些受力條件比較苛刻，又不能使用粗厚鋼板的位置則使用強(qiáng)度最高的鋼材，正所謂“好鋼用在刀刃上”。廠商公布的車身用鋼強(qiáng)度圖目前很多廠家都宣稱自己用的是“高強(qiáng)度鋼”，但是有底氣公布車身各部位鋼材強(qiáng)度圖的卻沒多少，有的廠家就算公布了車身強(qiáng)度圖，也只是示意了不同強(qiáng)度鋼材用在了不同位置，并沒有標(biāo)示鋼材的具體強(qiáng)度數(shù)值。另一些品牌實(shí)力雄厚的企業(yè)更是不屑于公布這些數(shù)據(jù)。解釋一些名詞：日本人和韓國(guó)人管高強(qiáng)度鋼叫做高張力鋼。Mp(兆帕)是強(qiáng)度單位，1Mp的強(qiáng)度相當(dāng)于在1平方

7、厘米(指甲蓋那么大)的面積上施加10kg(倆西瓜)的力而該受力材料不變形。通過(guò)公布的車身強(qiáng)度圖來(lái)看，其實(shí)最高強(qiáng)度的鋼用量并不多，只是用在了防撞梁和一些加強(qiáng)部位上，車身大部分結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度并不高。這是以受力情況不同為根據(jù)的設(shè)計(jì)，畢竟高強(qiáng)度鋼的價(jià)格不菲，而且不易加工。因此，在看廠商宣傳資料時(shí)看到“我們的車身采用了1000Mp級(jí)別高強(qiáng)度鋼制造”這種宣傳語(yǔ)時(shí)不要誤以為全車都是用這種鋼造的，實(shí)際上可能只有四門防撞梁那幾根桿達(dá)到了這個(gè)強(qiáng)度級(jí)別。3、利于沖壓的新型鋼材沖壓是車身制作的主要方法沖壓成型還在模具上的車身零件材料強(qiáng)度上去了帶來(lái)的問(wèn)題是難以加工。一般轎車都是采用沖壓的方法制造，即用模具擠壓材料成型，類

8、似于玩培樂(lè)多彩泥?，F(xiàn)在車用鋼板強(qiáng)度高了就對(duì)沖壓工藝要求更高，而且現(xiàn)在深沖部件很多，材料容易出現(xiàn)裂紋和折皺。沖壓損壞的零件上圖中的部件就是沖壓不合格產(chǎn)品，鋼板未能按要求延展成型。邊角位置是沖壓最容易出現(xiàn)死角的位置，一般撕裂和折皺都會(huì)出現(xiàn)在該位置。同時(shí)也說(shuō)明鋼板在被沖壓時(shí)總是會(huì)有拉伸，和模具的摩擦等問(wèn)題。這些都會(huì)造成沖壓成型的零件因內(nèi)部應(yīng)力或者表面損傷而存在缺陷。側(cè)圍是全車尺寸最大的沖壓件，也是最難成型的部件所以生產(chǎn)廠家都會(huì)研究沖壓時(shí)鋼板的內(nèi)部應(yīng)力情況，盡量消除內(nèi)部積累的應(yīng)力。同時(shí)對(duì)于大面積沖壓件的厚度研究可以知道鋼板那些部位拉伸比較嚴(yán)重，多大沖深可以保證鋼板不撕裂。新型鋼材可以解決沖壓成型和材料

9、強(qiáng)度高難加工的問(wèn)題為了根本上解決高強(qiáng)度鋼的沖壓?jiǎn)栴}，一種新型鋼材正在被應(yīng)用于汽車車身的生產(chǎn)。這種鋼材的基質(zhì)是比較柔軟韌性好的鐵素體，其中鑲嵌了硬度好的馬氏體。在沖壓時(shí)比較容易成型，成型后的材料又具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。一些經(jīng)過(guò)熱處理的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件對(duì)于B柱這種特別需要加強(qiáng)的位置，有些廠家會(huì)采用熱處理工藝，成型后的B柱再經(jīng)過(guò)加熱和淬火使鋼內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)更完美。這就相當(dāng)于瓷器制作時(shí)用陶土塑造成型后再加熱固化的過(guò)程。一般這些熱處理零件往往呈現(xiàn)出一種黑色。4、汽車用鋼的耐腐蝕性汽車制造使用的是低合金鋼目前汽車用鋼屬于低合金鋼范疇，這是鋼材中的一個(gè)分支，這種鋼材中大部分是鐵元素，只有少量的合金元素，例如：碳、硅、磷

10、、銅、錳、鉻、鎳等，這些合金元素含量不超過(guò)2.5%。低合金鋼具有優(yōu)秀的加工性能和強(qiáng)度表現(xiàn)，同時(shí)它還具有良好的耐腐蝕性。一般的低碳鋼在自然環(huán)境中會(huì)生成棕紅色的氧化層，這些氧化層非常酥松，也就是我們常說(shuō)的鐵銹。而低合金鋼在自然環(huán)境中會(huì)生成褐色的致密氧化層，緊緊附著在鋼表面，起到隔絕內(nèi)部鋼繼續(xù)被外界侵蝕的作用。這種防銹機(jī)理有些類似于鋁合金、鋅合金，只是低合金鋼銹層變成穩(wěn)定的保護(hù)性銹層往往需要幾年的時(shí)間，銹層的顏色從淺黃到褐色，而鋁合金生成保護(hù)性銹層只需一瞬。耐候鋼經(jīng)常裸露使用在建筑外立面耐候鋼生成銹層后具有特殊的藝術(shù)效果，因此成為很受新銳設(shè)計(jì)師幻影的建材由于這種特性，低合金鋼又可稱耐候鋼(耐氣候腐蝕

11、鋼)。耐候鋼通常用來(lái)制作車輛、船舶、橋梁、集裝箱等，而且都會(huì)在其表面用油漆涂裝。但是在建筑裝飾領(lǐng)域則傾向于裸露使用耐候鋼，因?yàn)槟秃蜾撀懵妒褂靡膊粫?huì)出現(xiàn)銹穿問(wèn)題，而且它自身產(chǎn)生的褐色銹層能夠產(chǎn)生一種獨(dú)特的藝術(shù)效果，所以一些特殊建筑常用耐候鋼板焊接起來(lái)做外立面使用。由于鋼材性能的提升，汽車廠商的防銹處理也越來(lái)越草率至于汽車，目前很多廠商都越來(lái)越少的使用底盤橡膠噴涂，即民間常說(shuō)的“底盤裝甲”。很多新車底盤直接外露鋼板，鋼板表面只有原廠底漆和與外觀同色的色漆。說(shuō)明出廠時(shí)這些車輛只經(jīng)過(guò)電泳鍍底漆和色漆噴涂工序。只有前輪后面的濺射區(qū)會(huì)有薄薄一層的軟性橡膠涂層，這些涂層的作用是防止車輪帶起的砂石撞擊底盤鋼板

12、。從這些變化似乎可以看出廠家對(duì)自身產(chǎn)品耐腐蝕能力的信心。講究的企業(yè)會(huì)裝上塑料底盤護(hù)板護(hù)板下面依然是只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的鋼板一些比較講究的廠家會(huì)給底盤裝上塑料護(hù)板，這些護(hù)板既能隔絕砂石撞擊底盤鋼板又能起到整理底盤氣流的作用。而這些塑料護(hù)板下面也是只有一層底漆的底盤鋼板。網(wǎng)友會(huì)認(rèn)為這種銹層是質(zhì)量問(wèn)題至于懸掛這些可更換部件，廠商的處理就更加隨意了。例如上圖是一個(gè)網(wǎng)友在論壇里的提問(wèn)，說(shuō)自己的車底盤生銹。其實(shí)圖中生銹的部位在出廠時(shí)都沒有做過(guò)涂裝，懸掛的一些部件是鍛造的，由于鍛造零件精度比較差，所以還要在其基礎(chǔ)上再機(jī)加工出一些安裝面，這些加工出來(lái)的安裝面往往沒有涂漆，直接暴露在空氣中今天就會(huì)生銹，而這些黃色的

13、銹就是耐候鋼的初期銹層。類似情況在試車中非常常見在日常試車的過(guò)程中經(jīng)常觀察車輛懸掛和底盤，只要是鋼制懸掛零件都會(huì)出現(xiàn)圖中的情況，屬正?，F(xiàn)象，車主完全不用擔(dān)心。相對(duì)于底盤懸掛這些看不見的部分，外觀件的處理就精細(xì)多了，所以電鍍、底漆、多層油漆主要是出于美觀需求的考慮。集裝箱也使用低合金鋼制作，海中使用十幾年不成問(wèn)題另外一個(gè)實(shí)例是集裝箱，使用耐候鋼制造的集裝箱也沒有汽車這么復(fù)雜的鍍鋅、電泳底漆、多層噴涂表漆等等，在其生命周期中每天都要經(jīng)歷海風(fēng)、海水、鹽霧的腐蝕，使用環(huán)境比汽車惡劣的多，這些集裝箱使用十幾年也都不成問(wèn)題，很多集裝箱十幾年后經(jīng)過(guò)翻新還能繼續(xù)用。汽車用鋼不是隨便亂用的，商人圖便宜的決定總是

14、撿了芝麻丟了西瓜，技術(shù)員拗不過(guò)大老板啊凡事都有特例，特例總在中國(guó)。幾年前就有某剛起家的自主品牌用低碳鋼造車，造成底盤兩年銹穿的事。最近這樣的事兒又發(fā)生了。有時(shí)候領(lǐng)導(dǎo)一拍腦袋的決定真是可怕，商人參與到技術(shù)問(wèn)題的討論中來(lái)其結(jié)果總是出人預(yù)料的。5、汽車用鋼的未來(lái)目前車用鋼板的厚度已經(jīng)降到了0.6mm，我認(rèn)為這已經(jīng)到了鋼板厚度的極限，鋼板再薄就算其自身強(qiáng)度再高也失去了很多材料本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?，F(xiàn)在車用鋼板受到新材料的挑戰(zhàn)越來(lái)越大。鐵的原子量決定了其密度無(wú)法改變，通過(guò)減薄減重的道路似乎也走到了盡頭?，F(xiàn)在鋁合金正逐漸在高端車上發(fā)揚(yáng)光大，全鋁的SUV，用鋁做車頭結(jié)構(gòu)的5系和A6都在預(yù)示這一點(diǎn)。捷豹的全鋁車身對(duì)于鋼鐵