高强度汽车板技术进展

高强度汽车板技术进展摘要：轻量化是汽车“减重节能”的需要，采用高强度钢板已被证明是最佳的材料技术解决方案。高强度钢板的大量应用不但可以降低汽车的重量，减少钢材的使用，还可以提高车身的被动安全性和刚度等。简要回顾近年来国外汽车采用高强度钢板的情况，结合国内汽车的发展，重点论述宝钢高强度钢板技术的进展，并对下一步的发展进行展望。O列言“轻量化”之所以得到汽车行业的重视，是因为它可直接降低油耗、减少排放。资料表明，车重减轻lOqo，可节省燃油3%~7qv[I]。但是，在过去的10多年当中，由于舒适、安全性要求的提高，汽车的重量却在逐年提高[2-3J，重量增加2001030%，这显然不是人们期望的。与此同时，新能源汽车（如燃料电池、混合动力和氢能源等）的发展对汽车的轻量化要求更加迫切。为了实现汽车的轻量化，近年来世界各大车厂、钢铁协会、铝协会等组织和一些钢厂先后进行了多项汽车轻量化项目的研究。尽管实现轻量化的技术路线不同，但目标相同，均能实现20%一40%的减重效果。研究结果表明，尽管铝、镁和塑料等轻质材料在汽车轻量化中被采用的越来越多，但钢铁仍然是汽车制造的主要材料，只是其内涵发生了很大的变化，即由原来的以软钢为主发展到以高强度钢板力主，结合相关先进钢铁加工技术的使用，在实现汽车轻量化的同时，还提高了汽车车身的被动安全性和刚度等。近年来，我国的汽车行业发展迅速，2008年已成为世界第二大生产和消费国，2009年有望跃居第一，但高强度钢板的使用比例同国外相比差距较大。回顾了国外汽车采用高强度钢板的情况，结合国内汽车的发展，论述了近年来宝钢高强度钢板技术的进展，并对下一步的发展进行了展望。1钢汽车轻量化项目及高强度钢板的应用由国际钢铁协会组织的汽车轻量化项目主要包括超轻钢白车身(ULSAB)、超轻钢覆盖件(ULSAC)、超轻钢悬挂件(ULSAS)和在此基础上的超轻钢概念车项目(ULSAB-AVC)‘4]。整个项目于1994年开始，到2002年结束，在国际钢铁协会的统一协调下工作，委托位于美国底特律的保时捷工程服务中心执行开发，宝钢作为中国大陆惟一的钢厂参加了部分项目。在这之后，安赛乐和蒂森钢厂结合自己的技术特点，分别开展了钢概念轻量化白车身的项目研究，分别为ABC(ArcelorBodyConcept)和NSB(NewSteelConcept)。其共同特点是，通过大量采用高强度钢板均实现了200-/0-25c/o的减重效果。ULSAB-AVC项目中，白车身l00%采用了高强度钢板，其中超过60%为超高强度（抗拉强度大于590MPa）钢板；ABC项目中，90%采用了高强度钢板，其中超高强度钢板为57%；NSC项目中，84%采用了高强度钢板，其中超高强度钢板为25%，从中可看出，高强度钢板的使用比例约47%-81%，其中一般高强度钢板为43%-54%，超高强度钢板为2%-13%，硼钢的使用比例为0~16%。2001年开始，国内汽车进入快速发展时期，轿车进入家庭进一步促进了汽车工业的快速发展，2008年成为世界第二大生产和消费围，2009年有望突破l000万辆，成为世界第一大生产和消费国。在汽车产量快速增长的同时，作为汽车用材发展方向的高强度钢板也进入了快速增长阶段，图2显示了国内汽车近年来产量及高强度钢板的使用比例情况。从中可看出，2008年高强度钢板的使用比例已经达到了21%，但与国外相比差距仍较大（国外同期高强度钢板的使用比例平均为40qo-500-/0）。2004年开始，国内高强度钢板的使用比例提高较快，随着汽车业竞争的加剧和汽车碰撞法规的日益完善，国内汽车使用高强度钢板的比例将进～步提高，逐渐与国外接轨。2宝钢高强度钢板的发展2.1高强度钢板的种类随着钢板强度的提高，延伸率下降，相比较而言，DP、TRIP和TWIP钢在拥有高强度的同时还表现出了高的延伸率。ULSAB-AVC项目中，把屈服强度210MPa的钢板归为软钢，屈服强度为210-550MPa的归为高强度钢板，屈服强度550MPa的归为超高强度钢板。将以固溶强化和析出强化为主的高强度IF钢、各向同性钢、烘烤硬化钢、破锰钢和高强度低合金钢统称为常规的高强度钢板。为了同常规的高强度钢板区别开，把DP、TRIP和Mart等以相变强化为主的钢板统称为先进高强度钢板，其抗拉强度范围500-1500MPa。这类钢板具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的疲劳强度、高的成形性和低的平面各向异性等优点‘2.2宝钢高强度钢板的开发历程20世纪90年代初，当时国内的车型主要以桑塔纳、捷达和富康为主，高强度钢板的使用相对较少，这个时期的产品主要是常规的高强度钢，生产依托2030mm冷轧，退火以罩式炉为主，先后开发了高强度IF钢、烘烤硬化钢、碳锰钢和高强度低合金钢板系列。2000年1550mm冷轧投产后，宝钢汽车板品种中的热镀锌和电镀锌钢板得到了快速发展，在此阶段重点开发了电镀锌烘烤硬化钢、电镀锌各向同性钢、冷轧吸热镀锌双相钢及高强度低合金钢系列，满足了奥迪、帕萨特和别克等代表车型的需求。2005年1800mm冷轧的投产，重点解决了以日系车天籁、皇冠等车型为主的热镀锌合金化钢板的生产。2008年投产的1780mm冷轧，特别是高强钢专用生产线的投产，为宝钢超高强度钢板的生产奠定了基础，将宝钢可提供的钢板抗拉强度级别从780MPa提高到1500MPa，成为国际上为数不多的几家可生产超高强度钢板的企业。经过近20年的持续发展，宝钢汽车用高强度钢板已经形成了齐全的家族系列2.3宝钢高强钢专用线及超高强钢的开发为了满足国内汽车日益发展的需求，宝钢从2004年起就开始筹划高强钢生产专用线，于2007年初开始正式建设，自2009年3月开始调试以来，先后成功试制出冷轧l500MPa和热镀锌980MPa级别的超高强度钢板，室钢高强钢专用生产线及所生产的产品有以下特点和技术优势：(1)可生产抗拉强度为340-1500MPa的冷轧普板、抗拉强度为340-980MPa的热镀锌高强度钢板。本机组特别适合生产超高强度钢板是目前国内惟一一条超高强度钢板专用生产线。图6是采用这条专用线生产的典型高强及超高强度钢板的应力应变曲线，包括590MPa级别的DP和TRIP钢、780MPa的DP钢、980MPa级别的DP和马氏体钢、l180MPa的马氏体钢和1500MPa级别的马氏体钢。(2)产线具有多功能性，可生产冷轧普板和热镀锌钢板。冷轧普板可采用高浓度的氢气冷却和水淬冷却两种模式进行生产。(3)激光焊机进行焊接，保证了超高强钢的焊接质量及生产时带钢的稳定运行。(4)退火炉的加热段采用明火加热，有利于改善高强钢热镀锌的可镀性能。(5)冷却速度快，当采用600-/0以上浓度的氢气进行冷却时，对lmm的钢板其冷却速度可达140C/s以上；当采用水淬冷却时，钢板的冷却速度可超过5000C/s。较快的冷却速度可实现高强度钢板的低碳当量成分设计，从而提高产品的焊接性能。如DP780钢的P。。值（P。。=WC+WSi/30+WM。/20+2wp+4ws），可由常规冷却时的0.30降到高速冷却条件下的0.21。(6)冷轧钢板表面具有良好的涂装性能，特别是水淬后钢板经过酸洗工序后，可使钢板表面的Mn等元素富集程度降低，从而进一步提高冷轧钢板的耐蚀性和涂装性。图7是采用水淬冷却工艺生产的980MPa级别的马氏体钢的表面磷化膜照片，结晶尺寸为4ym，膜重2.8g/mz，磷化结晶均匀，遮盖率高，膜重和结晶尺寸均达到标准要求，说明钢板的可磷化性良好。3结语高强度钢是实现汽车轻量化和提高被动安全性能的主要材料。宝钢经过近20年的发展，已经形成了门类和级别齐全的高强度钢板家族系列。随着国内汽车板市场竞争的加剧，宝钢需要不断开发新产品来满足用户的需求，近期还需要开展以下三方面的工作：(1)开发兼有更高强度和延伸率的新一代先进高强度钢，如淬火配分钢Q＆p[7]和孪晶诱发塑性钢TyVIP[8。93等。(2)开展AHSS钢板的使用技术研究。特别是超高强度钢板，除开展成形、高速动态性能、疲劳性能以及焊接性能研究外，还要开展有关模具和剪切等方面的研究，为用户更好的使用奠定技术基础。(3)性能稳定性的系统控制。相对于一般的高强度而言，AHSS钢板对成分和工艺具有更高的敏感性，需要各生产工序的稳定控制及合理的组织生产。