汽车用钢轻量化现状与发展趋势讲座.ppt

汽车用钢轻量化 现状与发展趋势讲座,2013-1-9,内容,一、轻量化技术的重大意义 二、轻量化汽车用钢分类 三、轻量化汽车用钢应用情况 四、研究现状与发展趋势,一、轻量化技术在汽车领域的重大意义,我国汽车产量统计,我国乘用车燃料消耗量限制标准规定，2010年前，乘用车新车平均油耗比2003年降低15%以上，即2010年乘用车平均燃油消耗应为8.5升/100km以下，大约相当单车平均排放co2200g/km，与发达国家仍存在明显差距。,我国乘用车燃料消耗量,研究表明，约75%的油耗与整车质量有关，降低汽车质量就可有效降低油耗以及排放。目前，大量研究表明，汽车质量每下降10%，油耗下降8%，排放下降4%。,降低汽车质量就可有效降低油耗,轻量化是实现节能减排的有效手段,除了改善发动机效率、 传动系统效率与汽车风阻等提高燃油经济性的措施之外， 轻量化是必不可少的手段。,对轻量化汽车板材的要求,高强度和高成形性的统一; 轻量化和碰撞安全性的统一; 高性能和低成本的统一; 与油漆高的溶合性与美观漂亮的统一.,一是采用轻质材料，如使用低密度的铝及铝合金、镁及镁合金、工程塑料或碳纤维复合材料等； 二是使用高强度钢替代普通钢材，降低钢板厚度规格； 三是采用先进的制造工艺，如激光拼焊、液压成形技术、低压铸造技术及半固态成形技术； 四是优化结构设计，对汽车车身、底盘和发动机等零部件进行结构优化，在结构设计上采用前轮驱动、高刚性结构和超轻悬架结构等。,目前全球中型乘用车平均质量约为12001400 kg，发达国家力争在2015 年将中型轿车整车质量降到1 000 kg以下。,汽车轻量化途径,按板材的用途: 有车身外板用钢板、车身内板用钢板、车身结构件用钢板； 根据强度分类: 屈服强度在210550mpa和 抗拉强度在270700mpa的钢为高强钢（hss）， 而屈服强度大于550mpa和 抗拉强度大于700mpa的钢为超高强钢（uhss）.,二、轻量化汽车用钢板带材分类,国外高强度大梁钢板性能指标,汽车车轮用高强钢系列,钢制车轮主要可分为轮辋、轮辐两部分。轮辋的加工方式主要为滚形加工，轮辐的加工方式有冲压、旋压，其中乘用车轮辐主要为冲压成形，商用车轮辐主要为旋压（无内胎）成形。,汽车传动轴管及车桥用高强钢系列,if钢：车身复杂件、大表面覆盖件,烘烤硬化钢： 外覆盖件,高强if钢： 外覆盖件,低合金高强钢：刚性安全结构件,双相钢： 安全碰撞件,热成形钢：超高强度安全碰撞件,相变诱导塑性钢：安全碰撞件,三.轻量化汽车用钢板带材应用情况,轻量化系数 l,由宝马公司bruno ludke提出的车身轻量化系数概念，已成为国内外评价车身轻量化设计水平的重要参考指标。白车身轻量化系数l 可用下式表示：,式中， mbiw 为白车身的结构质量(不包括车门和玻璃)，kg； c t 为静态扭转刚度(包括玻璃)，nm/()； a 为四轮间的正投影面积，即前后轮平均轮距乘以轴距，m2。,从公式看出，车身轻量化系数的优化就是减轻车身质量和提高扭转刚度； 减轻车身质量，可以从结构设计、材料选用和制造工艺3环节的优化考虑，其中有效控制零件数量是控制车身质量的重要途径； 提高车身扭转刚度，则可以通过车身加强件的增加或板材加厚、高强度板应用比例的提高、结构的断面优化和车身接头设计优化等方法实现。,ecb 27个车型高强度钢板应用比例,2006年2011年27个车型平均高强度钢板应用比例的变化情况。除2006年应用比例低于60%外，2007年2011年的应用比例基本稳 定在64%70%水平。,ecb 12个车型应用高强度钢板品种构成,四、轻量化汽车用钢板带材研究现状与发展趋势,hss与ahss钢种,hss： if钢,bh钢,hsla钢 ahss: dp钢,trip钢，q&pt钢 twip钢，cfb钢,各种部位常用钢板的强度,日本高强if钢合金化镀锌板性能,印度塔塔钢铁高强度if(无间隙原子)冷轧钢实例1：,化学成分及对应力学性能,高强度if(无间隙原子)冷轧钢实例2：,化学成分及对应力学性能,化学成分：c-si- mn- cr (mo)- nb 显微组织：铁素体+马氏体 热处理：亚温处理+淬火 性能特点：屈服强度低，初始加工硬化速率高，强度及 延性匹配良好，成型性好 品种：热轧、冷轧（热处理）,dp-(dual phases) 钢,成分：0.15%c, 0.5%si,1.8%mn, 0.5%cr, 0.04%al，0.03%nb 热轧：12001h奥氏体化，6道次热轧， 35mm3.5mm, 880 终轧，620 卷取 冷轧：3.5mm1.0mm,70%变形 连续退火：,连续退火工艺示意图,冷轧dp钢,热轧和连续退火处理后的力学性能对比,实验钢的化学成分和轧制条件,不同强度级别的冷轧dp钢,化学成分：c-mn-si( al，p); 显微组织：铁素体+无碳化物贝氏体+残余奥氏体; 热处理：亚温转变（形成部分铁素体和富碳奥氏体）与中温转变（形成贝 氏体铁素体和富碳奥氏体）; 性能特点：高强度、高塑性、高速变形时高吸收能; （变形过程中发生奥氏体向马氏体的转变，延迟颈缩，提高均匀延伸率）,trip-(transformation induced plastic)钢,热轧c-si-mn trip钢,实验钢的化学成分（wt.%）,热处理采用69/s的冷却速率可获得理想的铁素体、贝氏体、 残余奥氏体含量搭配,保证良好的力学性能。但为了保证钢带表 面涂镀性能，宜采用si(低硅)-al系、al系等trip钢成分设计。,实验钢的tmcp工艺示意图,冷轧c-si-al(p)-mn trip 钢的合金化设计,高si钢的缺点：延长贝氏体转变动力学，产生表面“红锈” 高al钢的缺点：降低固溶强化率，升高ms点至室温以上 以al代si的优点：加速贝氏体转变动力学 1.0%si1.0%（al，p）,实验钢的化学成分（wt.%),实验钢的相变临界点,冷轧c-si-mn trip钢,不同工艺处理后的拉伸试验结果,冷轧c-si-al-mn trip 钢,dp钢与trip钢的对比,dp钢和trip钢的静态拉伸性能,dp及trip处理工艺示意图比较,dp,trip,f+m的om显微组织,马氏体岛及铁素体基体中高密度的位错,屈服强度：500mpa，抗拉强度：860mpa， 延伸率：21%,dp钢组织,下贝氏体,残余 奥氏体,屈服强度：500mpa，抗拉强度：780mpa， 延伸率：25%,trip钢组织,国际上提出第三代汽车用钢的概念,第三代汽车钢就是高强与高塑性结合的钢,第三代汽车钢是低成本高性能的钢,第三代汽车钢的研发思路,第三代汽车钢应该具备的组织为bcc+fcc的双相组织,低成本高强高塑第三代汽车钢的研发,目标: (1)低成本 (2) rm*a30gpa% (1)rm1gpa, a30%(2)rm1.5gpa,a20%),alloying design(c-mn),-低成本,rm*a30gpa%,国内外热成形超高强度钢应用现状,1. 奥迪a4l 2.0 tfsi：车重：1615kg(最高强度为1000mpa热成形钢） （涡轮增压器约重6kg）,长宽高： 4763*1826*1426; 2. 迈腾 1.8 tsi：车重： 1570kg(最高强度为1000mpa热成形钢） （涡轮增压器约重6kg）; 3. 迈腾 2.0 tsi：车重1575kg（同上），长宽高：4765*1820*1472 4. 蒙迪欧-致胜 2.3:车重： 1586kg (最高强度为1000mpa硼钢超高强度钢） 长宽高： 4854*1886*1495; 5. 新天籁 2.5l 车重： 1582kg (980mpa热成形钢） 长宽高： 4930*1795*1475; 6. 八代雅阁2.4lx/ex：车重：1515kg(最高强度590mpa高强度钢); 7. 八代雅阁2.4exl navi：车重：1535kg(最高强度590mpa高强度钢).,热成形钢的主要优点,零件成形后强度指标大幅度提高； 高温下零件成形没有回弹，可以实现高精度成形； 如果使用al-si涂层板，可以防止在热冲压过程中的脱碳等氧化现象，并可以省略后期的抛丸处理，零件拥有更好的抗腐蚀能力。,热成型钢的应用,2004年神龙汽车