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冷轧汽车钢板基本知识科普!你都了解了吗?

冷轧汽车板(汽车钢板)基本知识科普!你都了解了吗? 

自从19世纪80年代第一辆汽车问世以来,汽车工业对其使用板材的品种、表面质量、机械性能、耐腐蚀性等各项要求在不断提高和完善。特别是现在,随着能源、安全和环保等要求的日益增高,对汽车板的发展和应用也提出了更高的需求和挑战。本文试就汽车用板中使用量最大的冷轧板发展和具体应用进行概述。

 冷轧汽车板的质量要求

通常汽车工业对所使用的冷轧钢板有如下要求:

1)优良的成形性能,即:高的塑性应变比r值,高的均匀伸长率δu,高的总伸长率δt,低的屈服强度σs,低的时效指数AI和低的屈服伸长,以用于冲制复杂的汽车覆盖件。

2)优良的抗凹陷能力和足够的结构刚度,以避免在制造和使用中产生凹陷,特别是能在突发的冲撞事故中能最大限度地吸收能量,保护乘员的安全。

3)良好的焊接性能,保证零件有效的连接及焊点和焊点周边区域的强度和性能不发生大的变化。

4)优良的表面形貌和光洁程度,良好的喷涂性能和对油漆涂镀层的附着性能,以求表面美观。

5)高的耐蚀性能

6)良好的板形和板面平直度,严格的尺寸精度和性能均匀性

7)良好的吸声减振性,应用于部分零件,以减少汽车在行驶中的雷鸣效应。

由于冷轧汽车板的这些特殊质量要求,其生产工艺复杂、难度大,因此汽车板的生产厂家在实际生产中均采用了一贯制原则,即对冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火及涂镀等涉及的各道工序进行统一的生产计划和管理。

冷轧汽车板的发展

2.1冷轧汽车板向超深冲方向发展

一般将汽车用冲压钢分为三代产品,沸腾钢为第一代,产生和广泛应用于20世纪50~60年代;铝镇静钢为第二代,产生和广泛应用于60~80年代;无间隙原子钢(IF钢)为第三代,产生和广泛应用于80年代以后。三代冲压用钢性能比较如表1所示。

表1 三代冲压用钢性能比较

钢种

σs /MPa

σb /MPa

δ/%

r

n值

沸腾钢

180~190

290~310

14~48

1.0~1.2

0.22

铝镇静钢

160~180

290~300

44~50

1.4~1.8

0.22

IF钢

100~150

250~300

45~55

1.8~2.8

0.23~0.28

无间隙原子钢(IF钢)是深冲性最好的冲压用钢,也是今后深冲钢发展的方向。目前主要用于汽车超深冲级(EDDQ)和特超深冲级(S-EDDQ)冲压件(轿车覆盖件)的生产。在国外,尤其日本、韩国已大量使用IF钢替代低碳铝镇静钢用于汽车制造业。从1986年到1990年,全世界IF钢的产量增长5倍,达到700万t,其中日本和德国发展最快,日本从1986年到1989年产量增长了11倍。1997年仅日本IF钢的年产量就超过1000万t。我国研制IF钢始于1989年,1995年宝钢IF钢产量为6万多吨,2002年宝钢的IF钢冶炼量超过100万t,实现了规模突破。以IF钢为基础发展起来的深冲热镀锌IF钢板、深冲高强度烘烤硬化板等系列,已形成了第三代汽车冲压钢板。IF钢的生产已经成为一个国家汽车钢板的标志,降低生产成本并进一步提高产品等级是目前IF钢生产和研究方向。

2.2冷轧汽车板向超高强度方向发展

为了满足汽车“减重节能”的需要,汽车零部件越来越多地使用高强度钢板制造。冷轧汽车板的应用比例在日益增加,强度级别也在逐渐提高。日本、美国、欧洲各汽车制造厂所使用的高强度钢板的等级不尽相同,但总的趋势是汽车用钢板,尤其是汽车加强件用板的强度等级在进一步提高。美国和欧洲高强度钢板的使用量在增加,强度等级使用到440MPa等级,更高等级正在开发中。日本高强度钢板使用量增加最快,7年前在轿车上使用高强度钢板的比率已达到30~40%,在卡车上使用的比率为5%~10%。强度等级也最高,用作汽车门的加强板和保险杠甚至使用980MPa级以上的超高强度钢板,个别厂家己能生产1470MPa 级超高强钢板。超高强钢板的厚度较厚、宽度较窄,在汽车上用量较少,但有一定的发展前景,反映了一个国家的钢铁生产技术水平。随着对高强度与成形性的矛盾、带厚减薄与抗腐蚀性的矛盾、焊接性能以及擦伤、磨损、碎裂、疲劳等各方面的问题的逐步解决,冷轧高强度钢板的应用将越来越广泛。

2.3冷轧汽车板向涂镀层方向发展

随着对汽车寿命和耐蚀性要求的不断提高,镀层钢板在汽车中的使用比例逐年增多。热镀锌较电镀锌钢板增长更快,原因是热镀锌钢板的成本较电镀锌低,而且近年来由于带钢热镀锌技术不断取得实质进展,热镀锌带钢的表面质量不断提高,已逐步接近电镀锌产品表面质量并部分替代电镀锌产品用于汽车外覆件,在汽车板方面,热镀锌取代电镀锌的趋势日益明显。随着我国汽车工业的发展,尤其是汽车档次的提高及镀层板性能的改善,镀层板用量会迅速增加,表面处理钢板会大力发展,而高强钢表面处理钢板,集高强度和优良耐蚀性等优点于一身,必然成为汽车用钢板发展的重中之重。

2.4冷轧汽车板向特殊板方向发展

减振钢板由美国发明于20世纪70年代,80年代开始进入实用化研究,近年来日本在减振钢板的研究和生产方面已经规范化。我国在减振钢板的研制开发及应用方面,近几年也得到迅速发展,目前宝钢自己开发设计的减振钢板生产线已达到规模生产,并且其产品已成功地应用于汽车领域。

汽车工业对钢板表面质量要求日益增高,目前在轿车生产中,所使用的表面无缺陷O5级板用量占到了其冷板使用总量的30%以上。如何改进生产技术装备和工艺,以满足生产高表面质量冷轧板的要求,是冷轧板生产企业今后生产研究的一个重要课题。

冷轧汽车板的主要品种

为实现汽车减重节能、防腐、防污染、防噪声、安全舒适等目标,逐步形成了具有不同特点的冷轧汽车板品种系列,其中主要有:以提高成形性能为目标的深冲钢板系列;以减振节能为目标的高强度钢板系列;以提高汽车防腐能力为目标的表面处理钢板系列;以发展高性能汽车为目标的特殊钢板等。

3.1深冲钢板

冷轧板按冲压级别分为:商用级(CQ)、普通冲压级(DQ)、深冲压级(DDQ)、超深冲压级(EDDQ)和特超深冲压级(S-EDDQ)。在轿车用板中,约72%以上的冷轧板要求达到DQ级及其以上深冲性能,95%以上的镀锌板要求达到DQ级及其以上深冲性能。

3.2高强度钢板

高强度汽车板按冲压级别分为普通冲压级、深冲级和超深冲级三大类。按强化机理则主要有四大类型:

3.21固溶强化型加磷钢板

通过加磷使铁素体固溶强化以提高强度,其强度级别为320MPa360MPa。加磷高强钢板具有优良的成形性能,深冲级高强钢板的塑性应变比r值为1.4~1.6,超深冲级高强钢板的塑性应变比r值可达2.0

3.22弥散强化型高强度低合金钢板

通过加入MnCu MoVTiCo和适当的控轧控冷工艺产生弥散强化、晶粒细化和回复强化以提高强度。其强度级别为380MPa420MPa460MPa500MPa540MPaCu析出强化钢抗拉强度可达610MPa,塑性应变比r值可达1.9,加MnIF钢抗拉强度达440MPa,塑性应变比r值为1.5~2.0

3.23相变强化型双相钢板和马氏体钢板

双相钢是通过适当的合金元素和生产工艺获得80%~90%的铁素体和10%~20%的马氏体组织,它具有低屈服强度,高加工硬化指数,成形性能良好,抗拉强度可达560~1030MPa。马氏体钢为高含锰(0.8%~1.6%)钢,在快速冷却下控制AM转变,获得80%以上的马氏体组织和极高的强度(689~1034MPa)。TRIP钢是双相钢的变种,主要组织是铁素体、贝氏体和残余奥氏体,其中残余奥氏体的含量在5%~15%,强度范围为600 ~ 800 MPa

3.24烘烤硬化型的BH钢板

通过适当的退火工艺控制固溶 C原子数量,达到冲压前低屈服强度,在烘烤过程中屈服强度增高40~80MPa,从而提高材料抗凹陷能力。BH板具有良好的成形性能,塑性应变比r值高达2.3

3.3涂镀层钢板

采用冷轧表面处理钢板,可大大提高汽车防腐能力。冷轧涂镀层钢板可分为三个系列:热浸镀系列、电镀系列和有机涂层系列。

3.4特殊钢板

为提高汽车性能,人们开发生产了具有潜在竞争力的特种汽车板。如以安全减振为目的的减振钢板,可有效降低汽车高速运行时产生的雷鸣效应,消除噪声、提高舒适性;以生产宽幅汽车板、减轻重量、降低成本为目的的拼焊钢板,大大提高了汽车整体性能和安全性能;以提高表面质量要求的表面无缺陷钢板(O5),极大满足了高档轿车的发展需要。


冷轧汽车板的应用

4.1深冲钢板

深冲钢板主要用来满足汽车用钢对深冲性能的要求,其用途及特点如表2所示。

表2 深冲钢板用途及特点

用途

特点

商用级(CQ

具有足够的延展性,适用于简单成型、弯曲或焊接加工

普通冲压级(DQ

具有比商用级较大的延展性,更为均匀成型及较复杂变形的零部件

深冲压级(DDQ

具有比普通冲压级更大的延展性,更为均匀的性能;适用于制造深冲压成型及复杂变形的零部件

超深冲压级(EDDQ

具有比深冲压级更大的延展性,更为均匀的性能,适用于制造超深冲压成型及更为复杂变形的零部件

特超深冲压级(S-EDDQ

具有比超深冲压级更为优异的冲压性能,适用于制造特超深冲成型及极为复杂的变形的零部件

 

为了满足汽车用钢对深冲性能更高的要求,近年来发展应用了无间隙原子钢(IF 钢),它是在超低碳钢(C0.005%N0.003%)中加入一定量的TiNb,使钢中CN原子被固定成碳化物、氮化物,而钢中无间隙原子存在。

该钢具有极优良的成形性,即高塑性应变比r值(r2.0)、高加工硬化指数n值(n0.25)、高伸长率δ(δ>50%)和非时效性(AI0),该钢种可广泛应用于对深冲特性有特殊要求的各类汽车部件,如油盘或外侧面板等。

目前,新日铁用IF钢板,采用连续退火工艺生产开发的特超深冲级S-EDDQ钢板,其r值可高达2.5,川崎制铁更于1999年首次在世界上成功地开发生产出r值达到2.9以上的超高r值的钢板,并实现了工业化生产。

4.2高强度钢板

冷轧高强汽车板板规格范围通常为0.5~1.2mm×800~1850mm,强度级别为340~1470MPa。主要品种有烘烤硬化BH钢、双相DP钢和相变诱导塑性TRIP钢等。

烘烤硬化BH钢用于汽车门外板、发动机盖板、行李箱外板和顶棚等多种覆盖构件,是一种综合性能理想的汽车用板,国内烘烤硬化BH钢板按照屈服强度可分为:180 MPa,210 MPa240 MPa270 MPa300 MPa等强度级别。烘烤硬化BH钢根据生产工艺的不同,可分为冷轧普板、电镀锌和热镀锌三大类产品。目前国内新一代轿车的外板多采用电镀锌烘烤硬化钢板,屈服强度的级别主要是180 MPa和220 MPa

双相DP钢一般用于高强度、高抗碰撞吸收能力且成形要求也较严格的汽车零件,如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等,随着钢种性能和成型技术的进步,双相DP钢也被用在汽车的内外板上。

TRIP高强钢由于其组织中存在的残余奥氏体在应力应变作用下向马氏体转变而诱发的相变塑性,具有较好的成型性和很强的吸收碰撞冲击能量能力,主要应用于要求高的强度、又必须拉延成形的汽车部件,如车门门框、边柱等。

在冷轧高强度钢板的实际应用中,日本发展最快,其中汽车外板σb400 MPa,车门和顶盖为σb340~370 MPa,汽车内板σb400~600 MPa,汽车构件σb350~510 MPa,汽车门框σb800 MPa

4.3涂镀层钢板

为了达到优良的耐腐蚀性能,汽车板广泛使用了镀锌板,镀锌板的生产工艺主要有热镀锌板(GI)和电镀锌板(EG)。

在镀锌钢板的应用中,不同地区、厂家有着各自的使用习惯。对于汽车外板,日本主要使用GA板(锌铁合金镀层板),美国主要使用EG板和GA板,法国、意大利、瑞典及比利时等国主要使用GI板。对于汽车内板,日本主要使用GA板,欧洲主要使用GIEG板,美国主要使用GA板。

近年来随着热镀锌技术的发展,热镀锌产品质量(尤其是表面质量)不断提高,热镀锌产品在汽车领域应用更加广泛,并且由于热镀锌产品成本上具有的优势(比电镀锌产品便宜10%~20%),目前在一些场合已有替代电镀锌产品的趋势。

4.4特殊钢板

减振钢板是由钢板/树脂/钢板组成的复合钢板,表层钢板厚度通常为0.3~1.6mm,中间高分子树脂采用呈粘弹性的软树脂,厚度为0.03~0.15mm。减振钢板可降低因机械运动而产生的振动和噪音,种类有:热塑性树脂复合减振钢板、热固性树脂复合减振钢板、可焊接的导电型树脂复合减振钢板、高耐热性减振钢板。减振钢板在汽车工业中首先用于制造发动机油盘,油盘不仅要求板材具有良好的成形性,而且要在80~100℃的使用环境下具有良好的减振性和耐疲劳性。

汽车板表面质量根据要求的不同,可分为表面无缺陷钢板(O5)和内板(O3),轿车用的冷轧板和镀锌板对其表面质量要求极为苛刻,内部件要求A级表面(欧洲新标准,相当于O3或Ⅹ级表面),外表面覆盖件要求B级表面(相目当于O5级或Z级表面);同时对钢板的表面粗糙度也有严格的要求,粗糙度一般要求控制在外表面件0.6~1.2µm,内表面件0.8~2.0µm

结语

注重环境友好和更加安全将是汽车工业的发展趋势,这必然使冷轧汽车板向超深冲性、超高强度、涂镀层和特殊性方向发展。

无间隙原子钢(IF钢)的出现,使得工业化生产超深冲性能的冷轧汽车板成为现实,降低IF钢生产成本并进一步提高产品等级是目前IF钢生产和研究重点方向。

随着汽车工业的发展,冷轧高强汽车板的质量标准要求越来越高,在保证加工性能的同时,产品强度也需要进行大幅提升,使产品高强化与成形性良好匹配。

涂镀层钢板更加适应了提高汽车寿命和耐蚀性要求,随着镀层性能不断优化,涂镀层钢板综合品质进一步提升,用量会迅速增加。

冷轧汽车板生产工艺复杂、难度大,各道工序间的生产和质量条件相互制约。近年来,国内外先进的冷轧汽车板生产企业逐步建立、发展和完善了一贯制生产原则,对冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火及涂镀等涉及的各道工序进行统一的生产计划和质量管理,为优质冷轧汽车板生产提供了先进的工艺技术及管理支撑。

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