汽车用钢知识.ppt

营销人员学习交流资料 技术中心 李会2011年06月02日 主要内容 中国汽车工业发展的特点汽车生产对钢板的技术要求轻量化的技术途径高强度金属材料的介绍高强度金属材料的应用涟钢汽车用钢的研发及标准冲压成形的影响因素未来的发展 一 汽车工业发展的特点 1 集中化程度逐步加大集中化程度逐步加大 四大集团产量快速增长 包括一汽集团 东风集团 上汽集团和长安集团 兼并重组的步伐加快 国际合资公司的产量占比例较大 市场竞争日益激烈 以2007年为例 四大集团的产量占全国汽车总产量的将近70 2 车型更新快 新车型的生命周期缩短 不断接近世界先进水平 中国轿车市场价格迅速下滑 价格持续下降 成本压力增加 比如 新车型的平均生命周期 3 汽车法规不断完善并与国际水平接轨目前实施的有 油耗法规 乘用车燃料消耗量的限制 轻型商用车燃料消耗量限值 排放法规 目前实施等同于欧 法规 即将全面实现欧 碰撞安全法规 正碰 侧碰 汽车侧碰的乘员保护 乘用车后碰燃油系统安全要求 汽车产品回收利用政策中国节能技术大钢汽车产业结构调整细则 4 国产自主品牌汽车开发力度加大 产量迅速提升目前奇瑞汽车公司 吉利汽车公司和长安汽车公司以及一汽轿车生产的自主品牌汽车品种迅速增多 产量迅速增加 出口量迅速增加 在中国汽车国际化的同时 自主品牌汽车与国外品牌和合资品牌相比其竞争能力迅速提升 2007年国产自主品牌乘用汽车超过120万辆 二 汽车生产对钢板的共同技术要求 1 钢板的表面质量钢板冲制的汽车零件表面即为钢板的轧制表面 在汽车厂不对钢板表面进行任何加工 只对钢板冲制的车身进行磷化 阴极电泳底漆和喷面漆处理 钢板的表面缺陷经涂漆之后不会隐蔽 还会显现 特别是对轿车的表面零件如前后门外板 发动机和行李箱盖板 前 后 左 右翼子板和顶盖等零件对表面的要求更高 钢板表面要求无缺陷以外 还要求表面非常清洁 那些尘埃颗粒等表面赃物对冲压汽车零件都会形成表面缺陷 2 钢板的冲压性能钢板在汽车厂都是采用冲压成形工艺制成汽车零件 在冲压成形之后是否开裂决定于钢板的冲压性能 而钢板的冲压性能又决定于钢板的化学成分和钢材的冶炼 轧制和热处理工艺 比如汽车上的受力冲压件 如车架纵梁 横梁 车轮和刹车盘等多用热轧板冲制 这些钢板既要求强度又要求冲压性能 而热轧钢板的冲压性能与钢板中的硫化夹杂物的分布形态有关 硫化物成长条状分布 横向塑性显著降低 冲压零件时极易开裂 所以要通过加钛或稀土处理以改变硫化物的形态从而提高横向塑性 改善其冲压性能 汽车上的表面件 如载货汽车的驾驶室和轿车的车身多用冷轧薄板冲制 目前的设计越来越趋于流线型以减少风的阻力 原来用铝脱氧的镇静钢如中国的08ALZF级钢板 日本的SPCEN钢板和德国的STL405钢板都不能满足要求 随着冶金技术的发展 只有超低碳 超深冲的无间隙原子钢板 IF钢 具有很好的冲压性能 满足汽车工业发展的需要 3 钢板的各项性能稳定钢板的强度性能影响冲压零件后的回弹量 强度波动范围大 冲压零件的回弹量波动范围大 零件尺寸变动范围大 影响零件的装配 同样 钢板的厚度公差范围要小 厚度公差大也会影响冲压性能和冲压零件的回弹量 总之 只有钢板的性能波动范围小 厚度公差小才能使大批量 流水式的冲压生产稳定 总体目标 三 轻量化的技术途径 汽车的轻量化 LightweightofAutomobile 就是在保证汽车的强度 刚度和安全性能的前提下 尽可能地降低汽车的整备质量 有研究数字显示 若汽车整车质量降低10 燃油效率可提高6 8 若滚动阻力减少10 燃油效率可提高3 在城市中行驶的汽车 其重量占燃油消耗量的23 轿车汽车车身约占汽车总质量的30 空载情况下 约70 的油耗用在车身质量上 因此 车身变轻对于整车的燃油经济性 车辆控制稳定性 碰撞安全性都大有意义 故轻量化是提高汽车的动力性 减少燃料消耗 降低排放 改善汽车燃料经济性的有效途径 轻量化 轻量化技术途径 产品结构优化 非金属材料应用 高强度金属材料应用 新工艺应用 轻质合金材料应用 四 高强度金属材料的介绍 第三代汽车用钢 强塑积 Pa 抗拉强度x全部延伸率 定义 TWIP AUSTSS 第1代 第3代 第2代 第1代 1 5GPa 第2代 6GPa 成本太高 第3代 2 5GPa 以第1代的成本获得接近第3代的性能 第1代钢强塑积低的原因是其加工硬化主要受位错机制控制 在其强度提高时其位错密度也相应增加 造成加工硬化速率及塑性下降 第2代钢强塑积高的原因是其加工硬化机制除了位错增殖机制外还有来自孪晶的贡献 因此第3代钢必须具备多加工硬化机制的特征同时具有超高强度基体组织 五 高强度金属材料的应用 M3 商用车的车架 采用屈服强度500MPa级高强度与传统材料16MnL相比 屈服强度提高43 疲劳强度提高44 使车架减重300kg左右 采用屈服强度700MPa级超高强度钢板 纵梁减重达23 商用车车架用钢 1 中国一汽集团 传动轴管 制造工艺条件不变的条件下 采用屈服强度700MPa级热轧钢板代替传统400MPa级的热轧钢板 实现减重20 以上 现已批量应用 高强度传动轴管 钢板弹簧 2002年 研制成功50CrMnVA弹簧扁钢新材料和少片簧制造新工艺 50CrMnVA弹簧新材料少片簧具有高疲劳性能 弹簧降重30 2005年 成功研制FAS3550弹簧扁钢新材料 应用于主 辅一体少片簧 降重50 FAS3550弹簧扁钢新材料少片簧 高淬透性钢板弹簧材料应用 随着重型商用车的开发 钢板弹簧的载荷逐步增加 簧片由90年代前的最大13mm厚多片簧 也逐步增加到24mm厚多片簧 50mm厚少片簧 对钢板弹簧的淬透性提出了更高要求 相应的开发出50CrMnVA FAS3550钢板弹簧新材料 为钢板弹簧轻量化做出极大贡献 桥壳用钢 1956 1985年以前 采用可锻铸铁桥壳 性能约为350MPa 1985 1997年以后 采用QT400 15 性能约为400MPa 1997 至今QT450 10 性能约为450MPa 2001年开发了冲焊桥壳 性能约为500MPa以上 2004年开发了内胀桥壳 性能约为800MPa 2009年重型车采用QT600 5桥壳 2 中国东风集团 商用车主要钢制零部件用材情况 东风6X4牵引车 东风新型6X4牵引车减重率9 3 主要部件轻量化措施与效果 钢板性能要求 1 足够的强度 外表面零件应具有良好的表面质量 抗凹陷性能 耐腐蚀性能 2 良好的成形性 点焊性及涂装性等工艺性能 用材基本情况 驾驶室用钢板要求及基本用材情况 钢板性能要求 1 具有足够强度 抗疲劳性能 2 具有良好的冷弯性能 用材基本情况 车架用钢要求及基本用材情况 钢材性能要求 用材基本情况 1 具有足够强度 良好疲劳性能 2 良好的冷弯性能 焊接性能 车箱用钢要求及基本用材情况 钢板性能要求 用材基本情况 1 具有足够强度 抗疲劳性能 2 具有良好的焊接性能 冲压性能 车轮用钢要求及基本用材情况 钢板性能要求 用材基本情况 1 具有足够强度 抗疲劳性能 2 具有良好的焊接性能 冲压性能 车桥壳体用钢要求及基本用材情况 3 DPCA公司 根据钢板的屈服强度分为软钢及高强度钢板 软钢 屈服强度Rp0 2 210Mpa的钢板高强度钢板 屈服强度Rp0 2 210Mpa的钢板 超低碳高强度板 H220YD Z H260YD Z低合金高强度板 H300LAD Z H340LAD Z H380LAD Z双相钢板 DP钢 DP450 DP590 DP780 DP980 DP1180烘烤硬化钢板 BH钢 H220BD Z含磷高强度板 H220PD Z H260PD Z铁素体贝氏体钢 FB HR45 HR60复相钢 CP1000热成型板 22MnB5马氏体钢板 M1200 DPCA主要用高强度板 铁素体贝氏体钢的应用 主要牌号 热轧板 GI或裸板 典型应用 前悬挂支架 HR45G10 102 2 某车型千斤顶后导向加强板 HR60G10 102 2 10级以上螺母板 HR45G10 10 特点 1 良好的扩孔性2 良好的疲劳性能3 优异的抗侵入性能和吸能性 HR452010年订购量达到了4260吨 DP钢板的应用 某车型右左顶盖弧 DP450G10 101 17 某车型后门侧放撞加强板 DP600G10 101 8 某车型后纵梁DP780G7 71 5mm 主要牌号 特点 1 良好的成型性和更高的强度2 BH现象3 良好的碰撞吸能性 BH钢板的应用 主要牌号 E180BH H180BD Z E220BH H220BD Z 某车型门外板H220BD Z0 8 某车型机罩外板H180BD Z0 7 超高强钢板的应用 CP1000G10 10DP1000DP1180EZ7 5 7 5M1200EZ7 5 7 5 某车型车门限位器壳体加强板CP1000G10 102 0后保险杠DP10001 2车门里板加强筋板M1200EZ7 5 7 52 0 DPCA某车型前托架HR60 2 3 5mm12pieces TRIP800EZ10 0 1 8mm DPCA某车型后横梁HR60 2 6mm6pieces M1000HR45 3mm 除了车身冲压零件外 高强度钢板在DPCA底盘零件上也得到了广泛应用 热成型钢板的应用 主要牌号 22MnB5AS23 23DPCA使用的热成型板基本全部为AlSi涂层板 右左中立柱加强板22MnB5AS23 231 76 左 右前立柱加强板22MnB5AS23 231 76 T9 T9 4 奇瑞汽车 六 涟钢汽车用钢的研发 1 与武钢的差异 2 汽车大梁钢板 钢的牌号由 涟钢 首位大写字母LG 抗拉强度下限规定值和汉语拼音 梁 首位字母L三个部分组成 例如 LG510LLG 涟钢510 抗拉强度的下限规定值 单位为N mm2L 汽车纵 横梁 钢板和钢带的尺寸范围 单位 mm 目前有客户在发展长度超过12m的车架 钢板和钢带的厚度允许偏差 单位 mm 钢板和钢带的宽度允许偏差 单位 mm 钢的牌号和化学成分 注明 a 在保证性能的前提下 为改善钢的性能 可加入Ti V Nb和稀土元素 RE 加入方式 可有选择的加入一种或同时加入几种 但Ti V Nb总含量应小于或等于0 25 稀土元素 RE 加入量应小于或等于0 02 b 各牌号钢的Ni Cr Cu残余元素含量 各不大于0 30 供方若能保证可不作分析 C 成品钢板和钢带化学成分的允许偏差应符合GB T222的规定 钢板和钢带的力学性能和工艺性能 拉伸试样都为横向试样 a 厚度不小于6mm的钢板和钢带应进行冲击试验 厚度不小于12mm试样尺寸为10mm 10mm 55mm 厚度为6mm 12mm的试样尺寸为7 5mm 10mm 55mm或5mm 10mm 55mm 其试验结果应不小于规定值的75 或50 b 冲击试验按一组3个试样单值的算术平均值计算 允许其中1个试样的检验值低于规定值 但是不得低于规定值的70 如果没有满足上述要求 在同一抽样产品再取3个试样进行试验 先后6个试样的平均值不得低于规定值 允许有2个试样低于规定值 但其中1个不得低于规定值的70 性能注明 1 钢板和钢带的晶粒度和带状组织要求如下 如供方能保证 可不进行检验 1 1 厚度不大于8 0mm的钢板和钢带晶粒度应不小于8级 厚度大于8 0mm的钢板和钢带晶粒度应不小于7级 其相邻级别不得超过三个级别 1 2 钢板和钢带的带状组织应不大于2级 大于2级但不大于3级的钢板和钢带也可交货 2 钢板和钢带表面不得有裂纹 气泡 夹杂 结疤 折叠和明显的划痕 钢板和钢带不得有分层 表面如有上述缺陷 允许清理 其清理深度不得超过钢板厚度允许公差之半 其他缺陷允许存在 但其深度或高度不得超过钢板钢带厚度允许公差之半 3 在钢带连续生产的过程中 局部的表面缺陷不易发现并去除 因此允许带缺陷交货 但有缺陷部分不得超过每卷钢带总长度的6 附加注明 车轮材料的发展历程 在国内汽车发展的几十年中 车轮用钢轮辋主要为传统的热轧型材钢 轮辐主要是Q235 近几年 随着公路的快速发展 车辆安全性能 舒适性能不断提高 无内胎深槽滚型车轮被广泛应用到各种车辆中 因此 钢材品种有所变化 原来也仅局限于从传统的适合车轮加工的钢材中选择 如SPHC 08AL SS330 Q235 SS400等 近几年 钢厂和车轮专业厂家才关注起车轮专用钢材的开发 逐步开发出各种系列的专用钢 如宝钢 本钢的330CL 380CL 420CL 490CL等等 强度不断的升级 但随着对整车的要求不断提高及出口市场份额的增加 现有的钢材仍然不能满足轻量化和高强度的要求 仍然需要开发研制更高强度等级的材料 以满足日益发展的市场需求 经过实际应用及试验检测 目前这些钢种仍然不能满足欧美市场对产品的轻量化高强度的要求 3 汽车车轮用钢 高强度钢板在车轮生产中的应用前景 高强度钢板由于强度高 在实际成型过程中 很容易产生裂纹和回弹 尤其是无内胎深槽轮辋滚型过程中特别容易出现微裂纹 焊接性能差 如回弹特别大的钢板 因轮辐安装平面度差 继而会影响到车轮跳动等技术要求 这些都是必须注意和需要解决的技术难题 不久的将来 加工工艺流程 工装设备 加工手段等也需要进一步改进和完善 将会发生深具影响的技术革命 与欧美日商用车车轮普遍实现的无内胎化 在西欧已接近100 美国90 以上 日本55 以上 不同 我国到目前为止只有部分高档客车和卡车使用了无内胎滚型车轮 而数量众多的卡车均采用有内胎的型钢车轮 因此 我国的商用车车轮制造商的绝大部分产能为型钢车轮 近年来 中国高速公路发展迅猛 国家对超限超载的查处力度日益加强 车轮出口市场的不断扩大 另外 国家发改委拟订的 轮胎工业产业政策 支持子午线轮胎的发展 限制斜交胎扩大规模和两者价格的无限接近 型材车轮必将被无内胎深槽轮辋所代替 给了高强度钢制车轮的发展提供了很好的机遇 车轮主要是由轮辐和轮辋两个零件组成 轮辐生产的关键工序是三次拉延成形 因此要求钢板必须具有良好的拉延成形性能 轮辋生产的关键工序是对焊和焊接后的三次滚压成形及随后的扩张精整 要求钢板具有良好的焊接性能 热影响性能以及滚压成形性能 轮辐和轮辋的工艺 轮辐的生产工艺 经过实验数据显示 钢的金相组织为铁素体 珠光体 屈服强度很低时 280MPa 没有控制硫化物形态的钢板 在冲压成形时都不会开裂 屈服强度在280 400MPa的钢板 如果没有控制硫化物夹杂的开裂现象显著增加 屈服强度 400MPa时 冲压时都会开裂 评价轮辋用钢板的工艺性能需要通过试验了解在对焊焊缝处和热影响区的塑性变形能力 主要进行的是侧面弯曲试验 焊缝中心加载荷直到开始产生裂纹时的塑性 和平面弯曲试验 压膜成400角时查看裂纹 车轮用钢的强度检测要求 车轮用钢除了满足生产要求的工艺性能外 其强度性能还必须满足车轮用钢的使用性能 使用性能通过室内轴向弯曲疲劳试验 径向疲劳试验 落重冲击试验和道路试验等方法来评定 轴向弯曲疲劳试验是将车轮固定 通过与车轮配合的中心轴对车轮施加一个离心力矩 然后轴做高速旋转 记录直到疲劳断裂的循环次数 轴向弯曲疲劳试验的疲劳裂纹的萌生 扩展至断裂的过程都发生在轮辐上 所以轴向疲劳试验可以测定钢材各项指标如化学成分 力学性能 钢板的厚度和表面情况等对轮辐疲劳性能的影响 径向疲劳试验是模拟汽车在行驶状态下 车轮在承载的情况受到循环力的作用时的破坏情况 试验装置如图1 2 转毂以一定的速度旋转 装有轮胎的车轮以一定的载荷压在转毂上 转毂的旋转带动车轮旋转 进行车轮的径向疲劳试验 径向疲劳试验主要是评价轮辋在交变侧向力的作用下的疲劳性能 汽车在形式时都会遇到障碍物引起的冲击 轮辋在受冲击时不能变形 轮胎漏气等 所以车轮必须要做落重冲击性能检测 道路试验主要是考验车轮的设计 选用材料和制造质量等是否符合使用要求 属于制造方 涟钢车轮用钢的研发 车轮钢的化学成分表 车轮钢的力学性能表 钢板和钢带的厚度允许偏差 其他质量要求 表面质量 钢板和钢带表面不得有裂纹 划痕 麻点 凹坑 气泡 氧化物压入 夹杂 结疤 折叠和明显的划痕 钢板和钢带不得有分层 车轮用钢表面要求更加严格 板形要求平整 一般要求小于30I 技术标准外的其他对用户影响比较大的质量指标 夹杂物的控制 硅酸盐夹杂小于1 0级 球状氧化物 小于1 0级 屈强比控制 为了保证性能性能 要求小于0 85 4 双相钢 双相钢是低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得 典型的双相钢屈服强度 s为310MPa 拉伸强度 b为655MPa 双相钢用于制造冷冲 深拉成型的复杂构件 因为具有高强度和高延性的良好配合 目前已成为一种强度高 成形性好的新型冲压用钢 成功的用于汽车工业 也可用作管线钢 链条 冷拔钢丝 预应力钢筋等 一般双相钢是指马氏体 贝氏体 加上铁素体基体的组织 马氏体呈岛状分布在铁素体晶粒之间即 10 20 马氏体加铁素体组织 这种钢具有屈服强度低 延伸率高及形变硬化率高等特性有利于冷拔成型可以通过冷加工硬化提高强度同时还具有良好的塑性和韧性 双相钢性能 应变硬化指数n值 是试验材料真实应力 真实应变在双对数坐标平面上关系曲线上的斜率 K n式中 K为常数 称为强度系数 MPa 为真实应变 为真实应力 应变硬化指数n是金属薄板在塑性变形过程中形变强化能力的一种量度 它是评价板材在拉胀工序时成形好坏的指标 变形大的部位首先硬化 即n值越高 硬化程度越强 变形越困难 塑性应变比 值 为钢板拉伸到均匀塑性变形阶段宽度方向的真应变与厚度方向真应变的比值 w t ln w w0 ln t t0 值是钢板冲压时抵抗变薄能力的度量 值大表示材料冲压变形时不易在厚度方向变形 即不易变薄 而冲压破裂时是先变薄再断裂 不易变薄即不易断裂 表示钢板具有良好的拉伸成形性能 5 热轧高屈服强度钢板 执行欧洲标准EN 10149 2或技术协议 主要用于结构件 需要具备有良好的焊接性能 七 冲压成形的影响因素 大多数汽车用钢都是通过冲压成形的 我们的产品往往在冲压过程中出现开裂现象 为什么呢 以下就是分析产生开裂的几个主要原因 1 硫化物夹杂的影响 长条状的硫化物夹杂 对钢板起着分层的作用 降低了钢板的横向塑性 造成横向与纵向冲击吸收功差别大 容易开裂 2 钢板的厚度公差的影响 当厚度超过正公差 可以引起零件因上模具间隙过小而出现开裂 严重拉毛 损坏