国外新型汽车用钢的技术要求及研究开发现状

第40卷 第6期 2005年6月

钢铁

Vol.40,No.6 June 2005

IronandSteel

国外新型汽车用钢的技术要求及研究开发现状

唐 荻, 米振莉, 陈雨来

(北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京100083)

摘 要:为了满足未来新一代汽车工业发展的需求,开发了大量的新钢铁材料,如超高强钢(AHSS)、高强钢(HSS)、双相钢(DP钢)、TRIP钢,TWIP钢等。介绍了这些钢铁材料,给出并分析了它们的成分、结构、工艺、性能和特点。

关键词:汽车用钢;高强度;高塑性

中图分类号:TG335.5 文献标识码:A 文章编号:0449-749X(2005)06-0001-05

TechnologyandResearchandDevelopmentofAdvanced

AutomobileSteelAbroad

TANGDi, MIZhen-li, CHENYu-lai

(NationalEngineeringResearchCenterforAdvancedRollingTechnology,USTB,Beijing100083,China)Abstract:Inordertomeettheneedsfornewgenerationautomobileindustryinthefuture,alotofnewsteelarede-velopingintheword,theyareAHSS,HSS,DPsteel,TRIPsteel,TWIPsteeletc.Inthepaperthesesteelsareintro-duced,theircomposition,structure,processing,property,characteristicaregivenandanalyzed.Keywords:automobilesteel;highstrength;highplastic

1 新一代汽车伙伴计划(PNGV)

美国和其他发达国家在20世纪70年代石油危

机以后,一直致力于减低汽车的能源消耗,并且已经取得了很大的成绩,进入20世纪90年代后,针对世界能源供应日益紧张和不确定性因素增加的形势,又推出了PNGV计划,旨在进一步减少汽车能耗。

PNGV是新一代汽车伙伴计划(partnershipforanewgenerationofvehicles),1993年,由美国总统克林顿提出,由政府和企业联手进行创新性的技术开发。为此联邦政府每年拨款3亿美元,美国三大汽车公司每年投入10亿美元进行新一代汽车和相关技术的研究与创新。参加该项目的联邦政府部门有:美国商业部、国防部、能源部、运输部、环保署、航天局、自然科学基金委员会和副总统办公室。美国三大汽车集团牵头组成 美国汽车研究理事会 (USCAR),并且通过该组织对整个项目的实施进行组织与协调。

美国47个州的21个联邦实验室和51所大学的研究人员完成了1200多个PNGV研究项目,PNGV计划已使美国全国形成了一个汽车技术创新的国家行动,不论在研究项目的广泛性、涉及研究

部门的数量、对工业部门和人民生活的影响程度等方面,该计划都是空前的,美国前总统克林顿曾说: 只有阿波罗登月计划可以与之相比 。

PNGV计划提出的3个战略目标:

(1)显著改善和增强美国制造业的竞争力;(2)尽快将具有商业可行性的技术创新成果应用于汽车生产当中;

(3)开发出具有3倍于现行车燃料效率的新一代汽车。即燃料效率为1994年可比标准轿车的3倍,该车的平均每百公里油耗由9L降至3L。

美国三大汽车公司已经通过实施PNGV计划开发出概念车,其达到了平均每百公里油耗由9L降至3L的主要目标,但是车体材料主要是铝合金和镁合金。在美国PNGV计划的刺激下,德国和日本也都进行了类似的研究,并且也都达到了平均每百公里油耗由9L降至3L的目标,车身材料也主要采用铝合金和镁合金。

在汽车用材料的减重方面,虽然PNGV计划达到了减重40%的目标,但是由于广泛采用铝合金和镁合金引起了汽车的成本增加,所以在该计划取得成功以后,目前的前进步伐已经减缓,主要是考虑成本、环保要求和节能的价值。

作者简介:唐 荻(1955-),男,博士,教授; E-mail:tangdi@; 修订日期:2005-02-05

2 轻钢车体计划(ULSAB)及其成果

长期以来,钢铁材料一直是汽车工业的主要用材,尽管近年来随着车重的下降,钢铁材料的比例在下降,但是仍保持着主导的地位。PNGV的研究结果对钢铁行业有极大的震动,铝、镁和塑料汽车的出现对钢铁工业的威胁是显而易见的,为此全世界18个国家的35个钢铁公司合作进行超轻钢车体(ULSAB)的研究项目,以迎接铝和镁的挑战。

超轻钢车体计划(ultralightsteelautobody)是一个国际合作计划,其始于1994年9月国际钢铁协会的倡议,该研究计划是一次全球钢铁工业强国和大钢铁公司的空前大协作,以便与日益发展的汽车用铝合金相抗衡,保住在汽车制造业中钢铁材料的地位。

该计划提出:开发新型轻型钢车体,该型车比现有的车型更安全、更节能、更有利于环境保护、售价不增加。基本目标是:在不增加成本的前提下,使汽车车身强度有大幅度提高,静态弯曲刚度增加52%,静态扭转刚度增加80%,车体模量增加58%,车重减轻25%,而且不再需要增加补强部件,汽车上使用超轻钢材的最大体积部位是车体外壳,它是用不同规格和等级的钢材通过激光焊接来完成部件的制造,有些部位采用液压成形管件,也不再加补强部件,这样大幅减少制造成本,给汽车制造业带来革命性的改变。

其中材料的开发与优化包括:新型高强度高成形性钢的开发与使用的优化,形成了以高强钢、超高强钢、双相钢和TRIP钢为主的新型汽车用钢系列;以激光拼焊板、液压成形管件和夹层板为特色的新型钢材系列。

其特点主要是大量使用高强钢(HSS)、超高强钢(UHSS、AHSS),而不再使用或极少使用传统的低碳软钢,比如,普通的铝镇静钢、IF钢等;大量使用液压成形的管件(Tubular)作为结构件,而减少使用冲压件(Stamping);大量使用激光拼焊的钢板(TWB),减少使用单块钢板冲压。图1和图2表示了以2000年的轿车作为参考车型和超轻钢车体计划及先进概念车用材的比较。

们对汽车的安全、节能、环保和美观的要求,同时也与钢铁工业本身的技术进步紧密相连。20世纪50 60年代,开发和使用沸腾钢,与国外的技术发展相适应,国内开发了08F系列钢种;20世纪60 70年代,国外为满足汽车深冲的需要,开发了铝镇静钢,使钢板的深冲性有很大的提高,可以满足对汽车更多审美的要求,为此国内也发展了08Al系列的深冲钢;20世纪80年代末 90年代初,由于冶金技术的进步,使冶炼超低碳和超低氮钢成为可能,所以汽车用钢研究大量集中在IF钢的开发和使用上,为取得更好的深冲性,碳、氮质量分数降低到0 005%以下,该钢开拓了洁净钢的先河,使人们对钢铁产品的成分控制有了更新的深刻认识,汽车工,图2 超轻钢车体计划和参考车型所用材料加工方式比较Fig.2 Comparisonofmaterialprocessing

forbodystructure

图1 超轻钢车体计划和参考车型所用材料的比较Fig.1 Comparisonofmaterialsforbodystructure

3 超轻型汽车用钢的开发与研究

3.1 汽车车身用钢的发展概况

,人

板完成复杂零件的成形;20世纪90年代以后,由于对于节能与环保的要求日益苛刻,主要是开发和使用高强度钢板。低碳与超低碳的含P钢板、BH钢板、含Cu钢板,通过使用高强钢板,降低车体质量,减少能源消耗;进入21世纪,由于环境、能源、安全的要求更高,钢铁行业又面临着铝、镁等材料的激烈竞争,所有的研究和开发工作集中在开发新型的超高强度钢,为超轻钢车体计划配套的新型钢板,如双相钢、TRIP钢、TWIP钢、含B超高强钢等。3.2 超轻钢车体计划的用钢种类

现代汽车用钢按性能分有:深冲钢、烘烤硬化钢、低合金高强度钢(HSLA)、高强度钢、超高强度钢等;按加工方法分有:沸腾钢、铝镇静钢、镀锌钢板等;按组织结构和成分分有:含磷钢、含铜钢、无间隙原子钢、双相钢、TRIP钢、马氏体钢等。通常深冲钢是铝镇静钢和无间隙原子钢,高强度钢和超高强度钢是低合金钢、双相钢、TRIP钢、TWIP钢和马氏体钢等。

由于在ULSA …… 此处隐藏：3493字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……