汽车用钢轻量化现状与发展趋势讲座

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,2020/5/28,一、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12001400kg，发达国家力争在2015年将中型轿车整车质量降到1000kg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BrunoLudke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；Ct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。,ECB27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。,ECB12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-(Transformationinducedplastic)钢,热轧C-Si-MnTRIP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)-MnTRIP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-MnTRIP钢,不同工艺处理后的拉伸试验结果,冷轧C-Si-Al-MnTRIP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%),Alloyingdesign(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A4L2.0TFSI：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1.8TSI：车重：1570Kg(最高强度为1000MPa热成形钢）（涡轮增压器约重6kg）;3.迈腾2.0TSI：车重1575Kg（同上），长宽高：4765*1820*14724.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2.4EXLNavi：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年神龙汽车公司在标致307首次采用了22MnB5热成型钢，后