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一汽汽车钢板讲义窗体底端窗体顶端窗体底端More一汽汽车钢板讲义 Presentation Transcript 1. 汽车钢板及应用 中国第一汽车集团公司技术中心 2009.9.18 一汽技术中心 2. 1 概况 钢板（ Steel sheet ） 钢板 ( 钢带 ) 是一种宽厚比和表面积都很大的矩形截面钢材。通常成张交货的称为 钢板 ，也称平板；长度很长、成卷交货的称为钢带，也称 卷板 。其中卷板也称宽钢带，一般限指宽度大于 600mm 的钢板。宽度小于 600mm( 一般不超过 300mm) 、成卷交货的钢带也称 窄钢带 。 一汽技术中心 3. 钢板（卷）工艺流程： 高炉冶炼-炉外精炼-连续浇注-粗轧-精轧 - 热轧钢板（卷） -酸洗 - 热轧酸洗钢板（卷） -冷轧-退火- 冷轧钢板（卷） -涂层处理 - 涂层钢板（卷） - 其它处理 - 复合钢板等 一汽技术中心 4. 钢板应用 钢板是工业和民用各领域应用最广泛的钢材之一，配合切割、冲压、焊接、机加等加工工艺，用以制造各种箱体或壳体、容器、覆盖件、管材、机械零件等。 钢板也是汽车产品中应用最广泛和用量最大的金属材料之一，主要应用在车身、车厢、底盘及车轮等部件或总成上。据粗略统计，按照汽车车型的不同，钢板的用量约占汽车钢材用量的 55-80% 。在轿车中，白车身的重量约占整车重量的 1/3 。 一汽技术中心 5. 汽车钢板件生产工艺 大部分采用 冷冲压： 车身覆盖件 部分零件采用 辊压： 滑道 少数零件采用 旋压： 车轮轮辐 热冲压： 桥壳 一汽技术中心 6. 汽车钢板种类的分类 钢板的分类仅为一般性的区分界定，旨在方便钢板的技术交流和选用 , 可分为以下几类： 按轧制工艺分为：冷轧钢板、热轧钢板、热轧酸洗钢板 按化学成分分为：优碳、普碳、低合金（ Mn 、 Ti 、 Nb 、 Si 、 Mo 、 Cr 按冲压级别分为：一般、冲压、深冲、超深冲； 按表面处理分为：普通钢板、涂层钢板； 按强度级别分为：普通强度钢板、高强度钢板、 超高强度钢板、特高强度钢板 一汽技术中心 7. 国内 ：对汽车用高强度钢板倾向于分为两类： 普通高强度钢板：抗拉强度或屈服强度相对较低，或采用传统工艺或传统工艺少许改进即能生产出来高强度钢板。如烘烤硬化钢板、含磷钢板、高强度 IF 钢板以及 HSLA 钢板等。 先进高强度钢板：需要采用先进设备及工艺方法才能生产出来的钢板，这种钢板生产难度较大，强度也较高，如双相钢板（ DP 钢板）、复相钢板（ CP 钢板）、相变诱发塑性钢板（ TRIP 钢板）和马氏体钢板（ M 钢板或 Mart 钢板）等。 日本 ：将抗拉强度不低于 340Mpa 的冷轧钢板和抗拉强度不低于 490Mpa 的热轧钢板通称为高强度钢板（ HSS ）。 德国 ：高强度钢板（ HSS ）：屈服强度高于 180Mpa （包括 180 ），低于 300Mpa 的钢板。 先进高强度钢板（ AHSS ）：屈服强度高于 300Mpa （包括 300 ），低于 600Mpa 的钢板。 超高强度钢板（ UHSS ）：屈服强度高于 600MPa （包括 600MPa ）的钢板。 一汽技术中心 2 高强度钢板 8. 世界钢铁学会高强度钢板分类 一汽技术中心 高强度钢板分类 9. Mild ： CQ 、 DQ 、 DDQ 、 EDDQ SEDDQ HSS ： CQ 、 DQ 、 DDQ 一汽技术中心 钢板冲压级别 10. 在 IF 钢的基础上，添加不同类型的强化元素 ( 如固溶强化元素 P 、 Mn 、 Si) 和适当的轧制工艺控制（通过低温大压下量的热轧过程和轧后立即进行加速冷却，得到细晶的铁素体，以及大压下率冷轧和高温退火，得到需要的织构和高成形性能），使钢材在保证良好塑性和冲压性能的同时，拥有较高的强度。 满足复杂形状轿车冲压件性能要求。 一汽技术中心 高强度 IF 钢板 11. 包括 IF 钢烘烤硬化钢板和低碳烘烤硬化钢板两种。主要侧重于 IF 烘烤硬化板。特点是钢板冲压成形前具有较低的屈服强度，通过冲压成形后的涂漆烘烤工艺使钢板的屈服强度增加。 BH 钢在具有良好的烘烤硬化性的同时，还必须保证在一定时间内具有常温非时效性，通常用时效指数 AI 表示，如果 AI 值小于 30MPa ，可认为钢板在 3 个月内不会出现自然时效。 BH 钢可在不影响成形件形状稳定性的同时，提高钢板的抗凹陷性，因此很适用于生产汽车外覆盖件。 一汽技术中心 烘烤硬化钢板（ BH ） 12. 利用磷在钢中的固溶强化作用进行强化。磷的固溶强化作用很突出，相当于锰的 10 倍，硅的 7 倍。磷在增加强度的同时，延伸率降低很少，而且还具有较高的塑性应变比 r 值。 含磷钢板可以用来冲制一些形状比较复杂的汽车冲压件。 一汽技术中心 含磷钢板（ P ） 13. 各向同性钢属于低碳微合金钢，该钢特点为具有很低的平面各向性即 r 趋于零（一般在 -0.15+0.15 之间）、高强度、高 n 值和成形性能好等。强度级别按照屈服强度可分为 220 、 250 、 260 、 280 和 300MPa 。 各向同性钢主要用于汽车外板，主要在欧洲系列车型上使用较多，日系汽车很少使用。 一汽技术中心 各向同性钢板（ IS ） 14. DP 钢是以 Si 、 Mn 为主要合金成分的低成本钢材。在连续退火过程中，首先加热到 760 830 的铁素体奥氏体两相区，使其组织为一定比例的铁素体和奥氏体。此时令钢材淬火到马氏体点以下，则奥氏体转变为马氏体，导致所谓的“双相组织”。 DP 钢基体为软的铁素体，在其上分布硬质的马氏体，两者分别确定材料的低的屈服强度和高的抗拉强度。 DP 钢比传统的高强钢有更高的初始加工硬化率，所以有很低的屈强比，可以得到很大的延伸。 DP 钢中固溶较多的 C ，所以也是一种烘烤硬化钢，在经过烘烤涂漆后，屈服强度提高约 100MPa 。 一汽技术中心 双相钢（ Dual-Phase 简称 DP ） 15. DP 钢在车辆冲撞的高速变形中，表现出比普通高强钢更高的强度，所以具有更大的冲击能吸收能力，有利于提高车辆的安全性。主要组织是铁素体和马氏体，其中马氏体的含量在 5 50 ，随着马氏体含量的增加强度线性增加，强度范围为 500 1200MPa 。 双相钢还具有低的屈强比、高的加工硬化指数、高的烘烤硬化性能、没有屈服延伸和室温时效等特点。一般用于需高强度、高的抗碰撞吸收能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，随着钢种性能和成形技术的进步， DP 钢也开始用于汽车的内外板零件。 一汽技术中心 双相钢 16. 热轧贝氏体钢有贝氏体双相钢（ F+B ）和贝氏体钢（ B ）。其主要添加元素为 Si 、 Mn 、 Nb 、 Cr 。其重要特性是具有优良的翻边性能。 适合冲压汽车支撑部件类要求厚度较大、尤其是翻边性能良好的底盘部件。 一汽技术中心 贝氏体钢板 （ B ） 17. TRIP 钢是近 10 多年才商业化开发的钢种，主要成分是 C 、 Si 和 Mn ，包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品。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 800MPa 。 TRIP 钢具有高延伸率的本质是应变诱发残余奥氏体转变为马氏体，同时相变引起的体积膨胀伴随着局部加工硬化指数增加，使得变形很难集中在局部区域。同 DP 钢相比， TRIP 钢的起始加工硬化指数小于 DP 钢，但是 TRIP 钢的加工硬化指数在很长的应变范围内仍保持较高，特别适合要求具有高胀形性能的情况。 一汽技术中心 相变诱导塑性钢（ Transformation Induced Plastic 简称 TRIP ） 18. 复相钢钢同 TRIP 钢的冷却模式类似，但是需要对化学成分进行调整以形成强化马氏体和贝氏体的析出相，强度范围为 800 1000MPa 。其组织特点是细小的铁素体和高比例的硬相（马氏体、贝氏体），而且通过析出强化而得到进一步的强化，含有 Nb 、 Ti 等元素，具有高的冲击能量吸收能力和好的扩孔性能。 适合于车门防撞杆、保险杠和 B 立柱等安全零件。 一汽技术中心 复相钢（ Complex Phase 简称 CP ， Multiphase ） 19. 所谓 TWIP ，意即孪晶诱导塑性。 TWIP 钢是以 Fe 、 Mn 为主的纯奥氏体碳钢，采用 Mn 可以扩大奥氏体相区，添加 C 不仅可以稳定奥氏体，而且可以利用 C 固溶强化奥氏体。通过控制 Mn （ 17 24 ）和 C(0.5 0.7%) 的含量，可以得到最好的力学性能。 TWIP 钢的最大特点是强塑积高，可以达到 50000Mpa% ，为 TRIP 钢的 2 倍以上。 TWIP 钢可以象 DDQ 级冲压板一样，冲压出复杂形状零件，但强度却要高出 25 倍；其抗拉强度与热处理钢相当，而塑性却较热处理钢高 10 倍以上。 一汽技术中心 TWIP 钢（ TWinning Induced Plasticity ，简称 TWIP ） 20. TWIP 钢的塑性变形的主要机制是位错滑移。在变形过程中，非常细的孪晶在晶内发生，孪晶界和晶粒边界均成为位错滑移的壁垒，这会导致非常剧烈的加工硬化，其瞬时硬化率能保持较高的水平（ 0.45 ）。这会抑制缩颈的发生，从而导致 TWIP 钢非常强的加工硬化能力和非常大的延伸率。这种性能即使在高应变速率下仍然保持着，因而在撞击等高应变过程中，可以保证汽车非常高的安全性。 一汽技术中心 TWIP 钢 21. 随着强度的提高，钢板成形性能总体上呈下降趋势，形状冻结性变差，成形难度加大。同时材料成形力也增加，造成成形负荷增大，工具、模具的磨损和损坏严重。所以，近年开发了材料的热冲后进行热处理的新技术，以满足用户对进一步提高强度的迫切要求。这种技术应用于可以热处理强化的钢板，例如含 B 钢板，将其加热到 900 左右进行冲压成形，大幅度降低了成形抗力，提高了材料的成形能力。冲成零件后，立即利用余热进行淬火处理。目前处理后的抗拉强度可以达到 1500Mpa 左右。处理完的零件需进行喷丸处理，以去除氧化铁皮，改善表面质量。 近年来生产上普遍采用的是带有 Al-Si 预涂层的钢板，可以在热冲压前的加热过程中避免氧化，热冲压后表面形成 Fe-Al-Si 合金化层，零件无须喷丸清理，可直接涂装，并且零件的形状精度较好。典型牌号有 Mazda ： SPHT-T ； Arcelor ： Usibor 1500P 、 22MnB5 。 一汽技术中心 热成形（热处理 ）钢板 22. 抗拉强度 - 延伸率坐标图中 TWIP 钢及热成形钢所处的位置 一汽技术中心 TWIP 钢及热 成形钢 抗拉强度（ MPa ） 延 伸 率 (%) 23. 一汽技术中心 一汽技术中心 轿车车身钢板应用强度比例 24. 镀锌钢板：车身防腐 电镀纯锌钢板（ EG ）外板 热浸镀锌钢板（ GI ）内板 合金化热浸镀锌钢板（ GA ）内板。为提高抗腐蚀性、改善焊接性能，减少摩擦系数 为降低汽车成本，随着 GI 板生产技术日趋成熟，逐步应用 GI 板替代 EG 板制造车身外板 一汽技术中心 3 涂层钢板（表面处理钢板） 25. 镀铝钢板消声器、排气管 镀铅钢板油箱 Sn-Zn 钢板油箱 Zn-Ni 钢板油箱 一汽技术中心 3 涂层钢板 26. 激光拼焊板 减振钢板 轻质钢板 不锈耐热钢板 一汽技术中心 其它钢板 27. 零件成形类别与薄板性能指标 屈服强度、抗拉强度、延伸率、杯突值 r 值、 n 值 一汽技术中心 4 钢板各项性能 屈服强度、 n 值 伸长率 翻边成形 5 伸长率、 n 值 屈服强度 弯曲成形 4 n 值 伸长率、屈服强度 浅拉延成形 3 伸长率 n 值、 r 值 胀形深拉成形 2 n 值、伸长率 r 值 深拉延成形 1 重要指标 主要指标 薄板性能指标 零件成形类别 序号 28. 弯曲性能（热轧厚板） 拉深 (Swift) 试验 锥杯 (C.C.V) 试验 扩孔 (K.W.I) 试验 凸耳试验 刚模胀形试验（配合网格应变测量系统及具体零件 FLCFLD 试验） 一汽技术中心 4 钢板各项性能（工艺性能） 29. 左前翼子板 零件应变分析图 一汽技术中心 FLCFLD 30. 表面形貌（表面毛化形貌）： 喷砂毛化、电火花毛化 、激光毛化 表面毛化形貌也影响涂漆质量 镀层板表面处理方式（ EGGIGA 无机膜 ) 冲压模具的结构、制造质量、使用过程中的修磨，模具硬度、粗糙度、冲压过程中 模具温度变化等 钢板表面润滑 一汽技术中心 影响钢板成形性其它因素 31. 喷丸毛化板 激光毛化板 一汽技术中心 钢板表面形貌 32. 焊接性能 盐雾试验 回弹性能 抗凹性能 T 剥离强度、抗剪切粘接强度 粗糙度 Ra 波纹度 Wca 一汽技术中心 4 钢板各项性能（其它性能） 33. 近年来国内、外汽车产业发展迅速，一汽，乃至整个国内汽车厂家都与国外汽车企业进行了技术合作，随着汽车技术的不断提高，汽车用钢板材料也增加了很多品种。目前的钢板国家标准（ GB ）已远远不能满足汽车生产的需要。 国内冶金企业为了满足这些引进车型用钢板品种的需求，相应的引进了各国的的钢板牌号系列，并形成了自己的企业标准。 一汽技术中心结合一汽集团目前的钢板应用情况，参照国内主要冶金企业标准，制定了一汽钢板标准系列，其目的就是使一汽用钢板材料从设计、采购、生产、检验都能够执行同一的标准规范。 一汽技术中心 5 一汽企业标准 34. 钢板标准系列分类： 共分 4 个系列： 5.1 （ A08 M-22) 热轧钢板及钢带技术条件 第 1 部分：汽车梁用钢板； 第 2 部分：优质碳素钢板及钢带； 第 3 部分：普通碳素钢板及钢带； 第 4 部分：酸洗钢板及钢带； 第 5 部分：高强度酸洗钢板及钢带 一汽技术中心 35. 5.2 （ A08 M-23 ）冷轧钢板及钢带技术条件 第 1 部分：冷冲压用钢板及钢带； 第 2 部分：含磷高强度钢板及钢带； 第 3 部分：烘烤硬化高强度钢板及钢带； 第 4 部分：高屈服强度钢板及钢带； 第 5 部分：载货车厢用钢板及钢带； 第 6 部分：冷轧低碳钢板及钢带； 第 7 部分：冷轧高强度钢板及钢带； 第 8 部分：冷轧双相钢板及钢带 一汽技术中心 36. 5.3 （ A08 M-24 ） 涂层 钢板及钢带技术条件 第 1 部分：电镀锌钢板及钢带； 第 2 部分：热镀锌钢板及钢带； 第 3 部分：镀铝钢板及钢带； 第 4 部分：烘烤硬化热镀锌钢板及钢带； 第 5 部分：高强度电镀锌钢板及钢带； 第 6 部分：高强度热镀锌钢板及钢带； 第 7 部分：高屈服强度热镀锌钢板及钢带； 第 8 部分：热浸镀铅锡钢板及钢带 ； 第 9 部分：热浸镀锌铝钢板及钢带； 第 10 部分：热浸镀锌镁铝钢板及钢带； 第 11 部分：含磷高强度热镀锌钢板及钢带 一汽技术中心 37. 5.4 （ A08 M-25 ） 减振复合钢板技术条件 一汽技术中心 38. 6 技术要求 6.1 化学成分 各钢种的牌号及化学成分指标在相应标准里应有明确要求，成品钢板及钢带的化学成分检测应按 GB 222 、 GB 223 的规定执行，如有特殊要求，双方可协商解决，并在技术协议中加以注明。目前对于汽车用户来说钢板化学成分只是参考指标。 一汽技术中心 39. 6.2 力学性能 标准中应明确屈服强度、抗拉强度和延伸率等各项性能指标。 屈服强度值原则上控制下限，但冷冲压用钢采用国际通用规则规定屈服强度上限。 抗拉强度一般规定下限，下限与上限间范围一般控制在 100Mpa120Mpa 一汽技术中心 40. 6.3 工艺性能 r 值、 n 值试验方法应按 GB 5027 、 GB 5028 的规定执行。 杯突试验方法执行 GB 4156 标准。弯曲试验方法执行 GB 232 标准。 力学性能和工艺性能是钢板应用中重要指标之一 一汽技术中心 41. A08 M-22.1 热轧钢板及钢带技术条件 第 1 部分：汽车梁用钢板 一汽技术中心 牌号 力学性能 工艺性能 s ， MPa b ， MPa ， % b=35mm 横向宽冷弯 180 O 300L 300 400 500 24 d=0.5a 355L 355 510 610 24 d=a 380L 380 450 590 23 d=0.5a 400L 400 550 650 23 d=a 500L 500 550 700 22 d=a 注： b 为冷弯试样的宽度， d 为弯心直径， a 为试样厚度 QSTE500TM 、 A610L 500L B550L 、 A550L 400L QSTE380TM 380L 10TiL 、 16MnL 、 16MnReL 、 09SiVL 、 A510L 、 B510L 、 WL510 、 T510L 355L 08TiL 、 B420L 、 A420L 300L 42. A08 M-22.2 热轧钢板及钢带技术条件 第 2 部分：优质碳素钢板及钢带 一汽技术中心 牌号 力学性能 b=35mm ，冷弯 抗拉强度 , MPa 不同厚度延伸率 , % （ L 0 =50mm b 0 =20mm ） 下列厚度 a （ mm ） 弯心直径 d 1.6 1.6 2.0 2.0 2.5 2.5 3.2 3.2 4.0 4.0 3.2 3.2 SPHC 270 27 29 29 29 31 31 0 2.0a SPHD 30 32 33 35 37 39 0 SPHE 31 33 35 37 39 41 0 320L s , 215 Mpa ， b , 320 420MPa 27% 0 08Al SPHE 08 、 08Al SPHD 08 SPHC 43. A08 M-22.3 热轧钢板及钢带技术条件 第 3 部分：普通碳素钢板及钢带 一汽技术中心 牌号 力学试验 180 弯曲试验 b35mm 弯心直径 屈服点 , MPa 抗拉强度 , MPa 延伸率 , % L 0 =50mm b 0 =25mm L 0 =200mm b 0 =40mm 板厚 , mm 5 5 SS330 205 330 430 26 21 1a SS400 245 400 510 21 17 3a SS490 285 490 610 19 15 4a 注： b 为冷弯试样的宽度， d 为弯心直径， a 为试样厚度 SS490 、 Q275 SS490 SS400 、 Q235 、 Q255 、 20 SS400 SS330 、 Q195 、 Q215 、 15 SS330 44. A08 M-22.4 热轧钢板及钢带技术条件 第 4 部分：酸洗钢板及钢带 一汽技术中心 牌号 力学性能 工艺性能 s, MPa b, Pa , % b=35mm ，横向宽冷弯 RSP 235 375 500 5 26 d=a RSC 235 295 410 10 30 d=0 RSS 215 255 50 39 d=0 注：拉伸试样和弯曲试样为横向试样。 45. A08 M-22.5 热轧钢板及钢带技术条件 第 4 部分：高强度酸洗钢板及钢带 一汽技术中心 牌号 s Mpa b MPa (%)L 0 =50mm ， b=25mm 180 冷弯试验 b20mm SAPH370-RS 220 37 0 33 d=a SAPH400-RS 240 40 0 32 d=a SAPH440-RS 280 440 29 d=a SAPH590Y-RS 340 590 26 d=0.5a SAPH590R-RS 420 590 18 d=a 注： SAPH370RS 、 SAPH400RS 、 SAPH440RS 、 SAPH590Y-RS 拉伸试验采用纵向试样，冷弯试验采用横向试样； 590R-RS 拉伸与冷弯试验均采用横向试样。 SPFH590 、 SPHN590R 、 SPH590 SAPH590R-RS SPFH590Y 、 SPHN590Y 、 SPH590DU SAPH590Y-RS SAPH440 SAPH440-RS SAPH400 SAPH400-RS SAPH370 、 SPHN370DS 、 SPH370OD SAPH370-RS 46. A08 M-23.1 冷轧钢板及钢带技术条件 第 1 部分：冷冲压用冷轧钢板及钢带 一汽技术中心 牌号 力学性能 工艺性能 s Mpa b MPa 80 ， % 不小于 n 90 r 90 公称厚度 ， mm 0.70 0.701.0 1.01.6 1.6 St12 260 270410 28 30 32 34 St13 240 270370 32 34 35 36 St14 210 270350 36 38 39 40 St16 190 260350 38 39 40 41 0 .20 1.8 St17 180 250350 39 40 41 42 0 .22 2.0 SPCN5 、 SCP270F 、 FeP06 、 BSC3 、 SC3 （ GB 5213 ） St17 SPCN4 、 SCP270E 、 FeP05 、 BSC2 、 SC2 （ GB 5213 ） St16 SPCN3 、 SCP270D 、 FeP04 、 St14 、 08Al 、 SC1 （ GB 5213 ） St14 SPCN2 、 SCP270C 、 FeP03 、 St13 、 08Al 、 SC1 （ GB 5213 ） St13 SPCN1 、 SCP270A 、 FeP01 、 St12 、 08Al （ GB 13237 或 5213 ） St12 47. A08 M-23.2 冷轧钢板及钢带技术条件 第 2 部分：含磷高强度冷轧钢板及钢带 一汽技术中心 牌号 力学性能 工艺性能 s Mpa b Mpa 80 ， % 弯心直径 D P170 170 340 36 d=0 P210 210 390 32 d=0 P250 250 440 28 d=0 SPCN440P 、 SPC440HR 、 B250P1 、 250P1 P250 SPCN390P 、 SPC390HR 、 B210P1 、 210P1 P210 SPCN340P 、 SPC340HR 、 B170P1 、 170P1 、 BIF340 P170 48. A08 M-23.3 冷轧钢板及钢带技术条件 第 3 部分：烘烤硬化高强度冷轧钢板及钢带 一汽技术