高強(qiáng)度鋼性能及其在車(chē)身中的應(yīng)用

        摘要：在汽車(chē)輕量化與提 高碰撞安全性能的基礎(chǔ)上 ，首先簡(jiǎn)單介紹 了汽車(chē)常用鋼和汽車(chē)用高強(qiáng)度鋼種類(lèi)．并簡(jiǎn)述 了幾種常用高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)化機(jī)制和性能，概述了 2 種 高強(qiáng)度鋼的成形工藝，指 出了其在成形時(shí)存在的問(wèn)題以及改善其成形性的措施。介紹了高強(qiáng)度鋼在汽車(chē)車(chē)身中的應(yīng)用情況，展望了高強(qiáng)度鋼在未來(lái)車(chē)身中的應(yīng)用前景。大量采用高強(qiáng)度鋼在加快汽車(chē)輕量化進(jìn)程和提高汽車(chē)碰撞安全性能方面有重大作用。

        隨著世界能源與環(huán)境問(wèn)題的13漸突出．人們對(duì)汽車(chē)碰撞安全性能要求的不斷提高以及環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，各國(guó)對(duì)碰撞安全性和環(huán)保法規(guī) 的管制也更加嚴(yán)格?！耙桓叨汀? 即碰撞安全性能高、污染低和能耗低 )已成為汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程 中所要達(dá)到的主要 目標(biāo)之一 l]。其 中降低 油耗是應(yīng)對(duì)污染 和能耗問(wèn)題的重要措施之一。汽車(chē)油耗除與發(fā)動(dòng)機(jī)本身性能有關(guān)外，還和整 車(chē)質(zhì)量密切相關(guān) 。 日本專(zhuān)家研究表明：汽車(chē)每 減 輕 10％ ．油 耗 可 減 少 8％ ～10 ％ _2 ]。 由此得 出，在汽車(chē)上增加輕量化 材料的使用量 ，可以減輕汽車(chē)質(zhì)量 ，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果 ，但是，汽車(chē)輕量化與提高汽車(chē)碰撞安全性能兩者之間相互矛盾。采用輕量化材料 ，材料 的強(qiáng)度降低 ，汽車(chē)碰撞安全性下降。車(chē)身設(shè)計(jì) 中采用高強(qiáng)度鋼能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化和提高碰撞安全性兩個(gè)目標(biāo)。隨著汽車(chē)碰撞安全性能的不斷提升以及輕量化進(jìn)程的推進(jìn)．高強(qiáng)度鋼已逐漸成為了許多新車(chē)型車(chē)身的主用材。由此可見(jiàn)，研究高強(qiáng)度鋼在車(chē)身中的應(yīng)用，對(duì)于汽車(chē)輕量化和提高碰撞安全性能具有重大意義。

1、車(chē)身常用鋼板種類(lèi)

目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)用鋼板60％左右來(lái)自于寶鋼，30％左右來(lái)自于首鋼、武鋼和鞍鋼，還有一小部分則從國(guó)外采購(gòu)。

常用車(chē)身鋼板主要包括以下幾種。

1) 冷 軋鋼板 (D C 系列 ，SPCC ，SPCD ，SPCE 及Stl2 ，Stl3 ，Stl4 ，Stl5 ，Stl6 )。

2 ) 熱軋鋼板 (SPH C ，SPH D ，SPH E 及 SAPH 370 ，SA PH 440) 。

3 ) 加磷 高 強(qiáng)度 鋼 (B 170P1 ，B210P1 ，B250P1，BP340 ，BP380) 。

4 ) 雙相 高強(qiáng)鋼板 (B240／390DP ，B280／440D P ，B 340／590D P ，B440／780D P ) 。

5 ) 烘烤硬化鋼(B140H 1，B 180H 1，B H 340 )。

2、車(chē)身用高強(qiáng)度鋼性能

目前汽車(chē)的車(chē)身材料主要以鋼板為主。通常情況下．車(chē)身質(zhì)量約占整車(chē)總質(zhì)量的30％ ～40％l4]，因此．選擇同時(shí)具備輕量化與高性能兩種特質(zhì)的高強(qiáng)度鋼對(duì)降低汽車(chē)的生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)其使用壽命，降低油耗和提高碰撞安全性等有著重要影響。

2．1 常用高強(qiáng)度鋼

國(guó)家已公布的汽車(chē)用高強(qiáng)度鋼大致可分 2 類(lèi) ：傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼(CH SS)和先進(jìn)高強(qiáng)度 鋼 (A H SS ) ，如
圖 1 所示 。

圖 l 各種鋼板的屈服強(qiáng)度與拉伸率的關(guān)系
Fig ．1 R elation betw een yield stren gth and elongation of steel

CHSS 通常是采用固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和細(xì)化晶粒強(qiáng)化等手段進(jìn)行強(qiáng)化所得到的鋼種，主要包括烘烤硬化鋼板(BH )、高強(qiáng)度無(wú)間隙原子鋼( H S—IF )、低合金高強(qiáng)度鋼 (H SLA ) 、各向同性鋼板 (IS )和碳錳鋼(CM n)。AHSS則是指通過(guò)相變進(jìn)行強(qiáng)化所得到的鋼種 ，其組織中存在 2 種情況 ：一種是包含有馬氏體、貝氏體和殘余奧氏體三相的組織；另一種是包含有馬氏體和殘余奧氏體的組織，通常包括雙相鋼(DP ) 、孿晶誘發(fā)塑性鋼 (TRIP )、復(fù)相鋼(cP )和馬氏體級(jí)鋼 (M art) 等[6]。 目前一般所說(shuō)的高強(qiáng)度鋼主要是指先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。

2．2 常用高強(qiáng)度鋼強(qiáng)化機(jī)制與性能

下面簡(jiǎn)單介紹常用 的 3 種高強(qiáng)度鋼 。

1) 雙相鋼(DP 鋼)。D P 鋼的微 觀組織為鐵素體（F）和馬氏體（M）。M 彌散分布在 F 基體上 ，形
成具有良好成形性和高強(qiáng)度的DP鋼。其微觀組織主要是通過(guò)亞溫淬火等方法得到。DP鋼的強(qiáng)度由M 的含量決定，M數(shù)量越多，DP鋼的強(qiáng)度越高。DP鋼的優(yōu)點(diǎn)是：屈強(qiáng)比低 ，具有室溫延遲時(shí)效性，加工硬化率和伸長(zhǎng)率都較高 。這是由于奧氏體 (A )在轉(zhuǎn)變成 M 時(shí)體積膨脹，產(chǎn)生了存在于 F 中的高密度非釘扎的位錯(cuò)所致。另外，雙相鋼的烘烤硬化性能較高，碰撞時(shí)能吸收很高的能量，其安全性比普通碳鋼高50％。D P 鋼常用于制備形狀復(fù)雜的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。D P 鋼是目前所用高強(qiáng)度鋼板中最常用的，通常用于車(chē)身上的各種防撞梁 、加強(qiáng)板 、連接板等。

2 ) 烘烤硬化鋼 (BH 鋼)。B H 鋼的強(qiáng)化機(jī)制是殘留于鋼中的間隙固溶原子碳和氮產(chǎn)生的高溫應(yīng)變時(shí)效 。即溶解在 F 中的碳 、氮原子 聚集在應(yīng)變產(chǎn)生的位錯(cuò)處 ，并被限制其運(yùn)動(dòng)。BH 鋼的屈服強(qiáng)度低 、屈強(qiáng) 比低 、延展性較好和抗 凹性好 。主要用 于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、門(mén)外板 、行李箱外板 、頂蓋板 。

3 ) 馬氏體鋼(M 鋼 )。鋼的顯微組織絕大部分為馬 氏體組織 ，M 鋼的抗拉強(qiáng)度較高 ，在 1000 M Pa
以上。M 鋼通常需進(jìn)行 回火處理以改變其塑性，使其在如此高的強(qiáng)度下 ，仍具有足夠的成形性能。

2．3 高強(qiáng)度鋼成形時(shí)存在的問(wèn)題及解決措施

2 ．3．1 高強(qiáng)度鋼成形工藝

大多數(shù)高強(qiáng)度鋼的成形采用冷沖壓工藝，但是對(duì)于那些強(qiáng)度高、塑性差以及形狀復(fù)雜等難成形的高強(qiáng)度鋼，一般采用熱沖壓成形。冷沖壓工藝成形的零件由于材料的塑性有限，在成形過(guò)程中零件很容易出現(xiàn)起皺、開(kāi)裂 、回彈等問(wèn)后 ，此骨架發(fā)揮了高強(qiáng)度鋼抗沖擊能力高的作用 ，并帶動(dòng)整個(gè)側(cè)面車(chē)身零部件整體抵抗高速?zèng)_擊載荷 。

從而大大降低 了碰撞時(shí)車(chē)身的侵入量 。對(duì)提高汽車(chē)碰撞安全性有重大作用。同理 ，頂蓋橫梁采用高強(qiáng)度鋼 ，同樣能提高汽車(chē)頂蓋的沖擊載荷 ，對(duì)提高汽車(chē)的安全性能有很大作用 。

縱梁類(lèi)零件?？v 梁類(lèi)零件與A ，B柱類(lèi) 似，作為車(chē)身的側(cè)面，同樣需要起到保護(hù)作用，只是其保護(hù)的主體有所改變，主要保護(hù)機(jī)艙內(nèi)部零部件 ，例如發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，其板料同樣需要具有高強(qiáng)度和良好緩和碰撞中產(chǎn)生沖擊的能力 。某車(chē)型車(chē)身中左前縱梁總成 中采用高強(qiáng)度鋼 的零件示意如圖 9 所示。

3、前景展望

前期大量研究結(jié)果表明，在汽車(chē)上應(yīng)用高強(qiáng)度鋼，能夠很好的滿足汽車(chē)輕量化的要求，滿足輕量化的同時(shí)并未增加生產(chǎn)成本，這是高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用能夠不斷推廣的重要原因。

我國(guó)高強(qiáng)度鋼的研究方 向主要從下面幾個(gè)方面進(jìn)行。

（1）提高高強(qiáng)度鋼材料強(qiáng)度級(jí)別 。據(jù)寶鋼相關(guān)資料介紹，其擁有國(guó)內(nèi)唯一一條超高強(qiáng)度鋼板專(zhuān)用生產(chǎn)線，可以生產(chǎn)最高強(qiáng)度達(dá)冷軋1500MPa，熱鍍鋅1000MPa的材料。目前為止，980MPa及以下強(qiáng)度零件的沖壓成形工藝已相對(duì)成熟 ；1200 M Pa B 柱零件的成形工藝 目前正在研究 中  。

（2）提高高強(qiáng)度鋼的成形。目前，以寶鋼、首鋼、武鋼、鞍鋼為代表國(guó)內(nèi)多家鋼鐵公司都在進(jìn)行針對(duì)高強(qiáng)度鋼的先進(jìn)形成方法的研究。目前為止，比較有研究潛力的先進(jìn)形方法是液壓成型與內(nèi)高壓成型。

（3 ) 提高高強(qiáng)度鋼在 車(chē)身中所占比例。通常情況下，高強(qiáng)度鋼主要應(yīng)用于骨架類(lèi)零件，例如車(chē)身邊梁、橫梁、保險(xiǎn)桿 、加強(qiáng)板 、邊梁加強(qiáng)板等。隨著高強(qiáng)度鋼成形工 藝的不斷提升，其在車(chē)身其他部位的應(yīng)用也將不斷擴(kuò)大 ，例如 ，在前后地板上及機(jī)艙中的應(yīng)用 。

由此 ．在今后的研究 中對(duì)上述幾方面進(jìn)行深入探討對(duì)于提高我國(guó)高強(qiáng)度鋼的質(zhì)量和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍具有重大意義。

4、結(jié)語(yǔ)

隨著高強(qiáng)度鋼成形技術(shù)的不斷提升，其在汽車(chē)車(chē)身中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，發(fā)展前景非常樂(lè)觀。目前為止 ，高強(qiáng)度鋼大多應(yīng)用于車(chē)身骨架類(lèi)零件上 ，在不久的將來(lái) 。還會(huì)應(yīng)用到整個(gè) 車(chē)身。大量采用高強(qiáng)度鋼是實(shí)現(xiàn)許多車(chē)企所追求的造安全 、環(huán)保 、節(jié)能的好車(chē)這一 目標(biāo)的重要措施之一。