冷轧带钢在汽车生产应用及发展

-1-冷轧汽车板生产应用及发展孙力，刘大亮（河北钢铁集团唐钢冷轧厂，唐山063016）摘要：本文主要简述了冷轧用汽车板的性能、分类以及其根据性能在汽车上的使用部位，同时简要描述了针对汽车板性能所使用的一些重要模拟方法和处理技术。关键词：汽车板;处理技术;焊接TheApplicationandDevelopmentofCold-rolledAutomobilePlateSunLi，LiuDa-liang（HBISGroupCorporationTangsteelCompany,Tangshan063016）Abstract:Thispapermainlyoutlinestheperformanceandclassificationofcold-rolledautomobileplate,andtheplateusedinthecarsaccordingtoitsperformance.Brieflydescriedsomeimportantsimulationmethodsandprocessingtechniquesaredevotedtothecapabilityofcold-rolledautomobileplate.TheKeywords:automobileplate,processingtechniques,welding1．前言目前我国现已经成为第一大汽车生产国和汽车消费国，冷轧汽车板在冷轧产品中的地位也日趋加重，新的生产工艺和新的后处理技术得到迅猛发展。市场对国产高品质冷轧板的需求量为8400万吨，与国内预计产能相比预计缺口达1000万吨以上，我国汽车用钢国产化率目前已达到90%以上，但中高档轿车钢板需大量进口，冷轧深冲板自给率只有65%左右。在保持钢材板带比持续提高的前提下，高附加值的深加工冷轧板带产品显著增加，冷轧汽车用板的产量和质量水平很大程度上反映了一个国家钢铁工业总体技术水平的强弱。2．冷轧汽车板分类和新处理技术2.1冷轧汽车板分类1）低碳和超低碳钢钢板及钢带冷轧低碳钢和超低碳钢由于具有良好的冲压性能、焊接性能以及较高的尺寸精度，因而被广泛用于制造各种汽车零部件。按冲压能力的大小可分为一般用、冲压用、深冲压用、特深冲压用、超深冲压用，特别是无间隙原子钢（IF钢）因具有高的r值、n值和伸长率，目前已大量用于门内板、行李箱盖板、油-2-底壳等极难冲件。2）碳素结构钢板及钢带碳素结构钢钢板及钢带St37-2G,St44-3G,St52-3G综合力学性能（强度、伸长率等）及工艺性能（弯曲）良好，尺寸精度高，并具有良好的焊接性能，适用于简单加工的构件。可用作汽车的一些结构部件，如车厢边框及中底板和各种加强板等。3）加磷高强度钢板及钢带加磷高强度钢是指在低碳钢或超低碳钢中特别添加一定量的磷，利用磷的固溶强化作用提高钢的强度，使用这种钢板可使汽车冲压件的厚度适当减薄，能降低汽车的自重，获得良好的经济效益。加磷高强度钢既可用于制作车门外板、发动机盖板、顶盖等外覆盖件，也可制作横梁、纵梁等加强件和结构件。4）烘烤硬化高强度钢板及钢带烘烤硬化钢（BH钢）是指采用特定的化学成份和生产工艺使钢板中固溶一定的碳原子，钢板在交货状态下具有较低的屈服强度，冲压成形后，进行涂漆烘烤时屈服强度增加一定值的一种新型高效汽车用钢。BH钢可以提高汽车外板的抗凹陷性，同时又具有良好的成形性能，因此越来越受到汽车厂的重视。广泛用于汽车门外板、发动机盖板等外覆件上。5）双相高强度冷轧钢板及钢带双相高强度钢属相变强化高强度钢，是指通过采用特定的化学成份和生产工艺在钢的铁素体基体上弥散分布一定量的马氏体，形成以铁素体加马氏体为主的组织，在提高强度的同时改善钢的成形性能。具有屈强比低、无屈服延伸、应变强化指数高和良好的抗碰撞性能，可以实现在减轻汽车重量的同时提高安全性能，是近年来发展起来的先进高强钢，主要用于汽车车轮、保险杠、悬挂系统和加强件，也可用于汽车内外板。6）低合金高强度钢板及钢带低合金高强钢是在低碳钢中添加少量的铌、钛等合金元素，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢的强度。因为这种钢具有良好的成形性能和较高的强度，主要用于汽车座椅、横梁等结构件。7）汽车用电镀锌钢板（带）电镀锌钢板及钢带要求具有耐蚀性好、表面质量高（O5表面质量），加工性能及涂装性能优异等特点，可用于制作汽车内外板及结构件和加强件。8）汽车用热镀锌钢板（带）优秀的汽车用热镀锌卷要求锌层附着力强，耐腐蚀能力强，锌层厚度控制准确，尺寸精度高，板型平直；有良好的力学性能，加工性和焊接性。可用于制作汽车内外板以及结构件和加强件。随着近些年镀铝锌硅板工艺的成熟和完善，在一些结构件和加强件的使用上也逐步的投入使用代替热镀锌板。2.2冷轧汽车板的新处理技术-3-1）模拟成形性能模拟各种基本成形特征的成形试验结果对钢板成形性能进行综合评价。采用数字摄像、图形处理和数值分析，进行材料、冲压Ｕ形弯曲模具和冲压工艺参数之间的相互关系的研究。模拟成形试验研究项目主要有：“S”梁试验评价板料回弹性能、液压胀形试验、杯突试验评价板料胀形性能、成形极限图试验、拉深成形实验评价板料的拉深成形性能、锥杯试验检验拉深-胀形复合成形的板料成形性能、扩孔试验评价板料扩孔成形性能等。2）CGA技术的工程应用采用成形极限图(FLD),网格应变分析(CGA)以及厚度应变分析(TSA)对零件冲压成形的安全裕度进行评估。如图1所示，就是对安全裕度进行评估的实例。操作步骤为：1)在坯料上腐蚀出圆形网格；2)材料冲压成零件；3)测量零件上危险区域的应变分布。图1安全裕度评估实例图Fig1.Sketchmapofsafecoefficientassessment实验室测定的材料成型曲线；考虑10%安全裕度后的材料成形极限曲线；实冲零件上的应变分布3）有限元仿真及应用汽车的计算机仿真技术始终贯穿于汽车的设计阶段。刚度、强度分析、碰撞分析、模态分析用于检验汽车结构是否符合安全标准；虚拟路试用于检验汽车的结构、零件和焊点等的抗疲劳性；冲压仿真分析用于检验车身零件是否具有良好的可成形性。因此汽车计算机仿真技术有效地缩短了汽车的设计周期，节约了大量实验材料，从而降低生产成本，提高了汽车厂的竞争能力。4）汽车板点焊汽车上焊点的质量直接影响汽车的使用性能。点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊焊接方法。点焊过程分为3个阶段：1）焊件在电极间预先压紧；2）通电后把焊接区加热到一定温度；3）在电极压力作用下冷却。点焊时使用一定直径电极的加压，被焊工件在压力和高温双重作用下发生变形，且仅在焊接区紧密接触形成电流通道，而其他部分不构成电流通道，从而在焊接区域得到极高的电流密度。点焊接头强度用抗剪力与正拉力来评定。正拉力Fn与抗剪力Fs的比值（K=Fn/Fs）称为剪性比，它的数值越大，接头的塑性越好。正拉力Fn通过十字拉伸试验(CTS)获得；抗剪力Fs通过拉剪试验（TSS）-4-获得。5）激光技术在汽车组装上的应用汽车工业的飞速发展，推动了激光加工技术与汽车组装的快速融和。激光拼焊技术即将原来由几块不同厚度和不同强度板材分别冲压成零部件，然后焊接成整体件的工序，改成先将不同强度和不同厚度的板材冲裁、焊接成整体毛坯，然后进行整体冲压成型。激光拼焊的优点是：1不同材料的任意组合；2零件组合一体成型；3提高结构的可靠性和安全性；4满足汽车对宽幅板的需求。激光拼焊板的这些优点在生产中体现为高质量、高效率、低成本。选用拼焊板，车身零件数量约减少20%，减重25%。激光拼焊板已被广泛用在汽车内门板、纵梁、底板、立柱等多种汽车内部结构件。6）汽车板的涂装技术汽车90％以上的外表面是涂装面，涂装后的汽车板应具备高度的功能性，即良好的耐蚀性、耐候性、抗机械冲击性等，其性能的优劣取决于被涂装材自身的防腐性能和涂装特性以及覆盖于其上的有机、无机复合涂装层的综合性能，图2就是对各层涂装面所用涂层的纵向剖面图。同时，涂装后的汽车板还应具有很好的装饰性，主要的表征数值为桔皮值以及反映反射影像的鲜映性DOI值等。图2涂层纵向剖面图Fig2.Longitudinalseismicsectionimageofcoat7）磷化技术磷化是汽车板处理的核心工艺。它是通过钢板与镀锌层表面与酸性磷酸盐溶液反应生成一层非金属的、半导电的多孔磷酸盐无机转化膜，基本反应公式如下：(1)Fe+H+Fe2++H2(2)Me(H2PO4)2MeHPO4+H+Me3(PO4)2+H+(3)Fe+Me(H2PO4)2MeFe(HPO4)2+H2(4)Me(H2PO4)2+Fe(H2PO4)2+H2OMe3(PO4)2·4H2O+Me2Fe(PO4)2·4H2O+H3PO4磷化膜镀锌板磷化过程：Me(H2PO4)2+H2OMe3(PO4)2·4H2O+H+Me：Zn，Mn，Ni，Ca该转化膜的主要功能是提高基板表面积，并加大与漆膜的结合力，改善涂层的膜下防腐和耐水性。-5-由锌、锰、镍三元改性磷化体系通过浸喷结合工艺处理得到的低锌伪转化型磷化膜作为电泳底漆的底层已在全球范围内成为了标准化的前处理模式，表1为各种基材磷化前后的微观对比图：表1各种基材磷化前后的对比Table1.Phosphatingcontrastofdifferentbasalplate基体基体SEM磷化膜SEM冷轧板热镀锌热镀镍铁合金电镀锌预磷化8）电泳技术电泳涂装是一种特殊的漆膜形成方法。其基本原理类似于金属的电镀，只不过镀在磷化膜表面的是有机高分子物质，电泳后得到的湿膜再通过加热进行交联固化。图3阴极电泳示意图Fig3.Sketchmapofcationicelectrophoresis图3为70年代开发的阴极电泳示意图，反应过程的化学式如下：阴极（车身）：2H2O+2e-2OH-+H2阳极（极板）：2H2O4H++4e-+O2-6-阴极电泳涂料因其具有泳透率高、涂层耐腐蚀性高的优点，加之无铅、无锡环保型阴极电泳漆的开发成功，已经逐步替代阳极电泳涂装，至今在技术上已形成了5代阴极电泳产品。目前所有的高级轿车均采用阴极电泳进行第一层有机涂层的涂装。3．结语汽车板是冷轧产品的高端产品和战略产品，我国经过10多年的发展，无论从生产机组装备水平还是品种方面均有了质的变化。随着国内汽车工业的快速发展，对汽车板的要求越来越高，国内新车型同国外车型的同步推出，进一步加快了钢种同国外同步的步伐。生产企业逐步建立、发展和完善了一贯制生产原则，对冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火及涂镀等涉及的各道工序进行统一的生产计划和质量管理，为优质冷轧汽车板生产提供了先进的工艺技术及管理支撑。参考文献[1]王利.宝钢冷轧汽车板品种开发、应用及发展.中国冶金,2003(8)：23~25.[2]康永林.现代汽车板的质量控制与成形性.冶金工业出版社,1999.1~9.[3]储双杰.我国高等汽车板生产现状与展望.轧钢,2005(1)：36~39.[4]朱铮.汽车用高强度钢板的开发应用和发展前景.轧钢,2000(11)：66~70.[5]李光瀛.汽车板开发与生产.中国冶金,2002(1)：15~18.[6]马鸣图,M.F.shi.先进的高强度钢及其在汽车工业中的应用[J]钢铁,2004，39(7)：68一72.