汽车轻量化用高强度钢及铝合金的开发及应用--路洪洲

汽车轻量化用高强度钢及铝合金的开发及应用路洪洲中信微合金化技术中心2ndAnnualAutomotiveHighStrengthSteelManufacturingProcessandApplication目录11国外车企车身轻量化选材历史3车身轻量化选材及设计机理4铝合金板材相关技术5微合金化高强度钢相关技术6总结2轻量化车身用钢及铝的现状1.国外汽车企业车身用材发展战略21.国外车企车身轻量化选材历史31.国外车企车身轻量化选材历史41.国外车企车身轻量化选材历史5对于C级乘用车（高档乘用车）而言，10年间，高强度钢的总量应用变化不大，从约50%增至70%，但先进高强度钢和超高强度钢应用提高较大，约提高了10%，热成形钢自2006年开始应用以来，飞速发展。铝合金在C级乘用车（高档乘用车）中应用大幅提高。HSSAHSS&UHSSHFPAL2000~200250%10%01~5%201370%20%10%5~10%未来65%25~30%15%10~25%国内与国外的差别主要体现在铝合金板材应用、超高强度钢应用、热成形构件的应用上。C级乘用车（高档乘用车）1.国外车企车身轻量化选材历史6对于普通的大众消费的乘用车而言，10年间，高强度钢的应用出现了飞跃的发展，从约30%增至60%，而先进高强度钢和超高强度钢也基本上每5年提高5%，热成形钢自2006年开始应用以来，飞速发展。铝合金在普通的大众消费的乘用车中应用不大。HSSAHSS&UHSSHFPAL200030%5%00200650%10%1~3%0~1%201360%15%10%1~3%未来65%20%10%1~5%国内与国外的差别主要体现在高强度钢、超高强度钢、热成形构件的应用上。大众消费的乘用车目录71国外车企车身轻量化选材历史3车身轻量化选材及设计机理4铝合金板材相关技术5微合金化高强度钢相关技术6总结2轻量化车身用钢及铝的现状2.轻量化车身用铝及钢的现状8品牌车型BMW宝马3系，宝马5系，宝马6系，宝马7系，宝马X5，宝马X6，宝马Z4，宝马Z8，BMWM1，M3，M5，M6，X5M，X6M，i3及i8（底盘）等AUDIA2，A3，A5，A6，A7，A8，Q2（crosslane），Q3，Q5，Q7，TT，R8Spyder，S3，S6，S7，S8，RS4，RS6，RS7等BENZ120SEC，BenzC-ClassNew4-Cyl，BenzC63AMGCoupe，BenzNewSCLsupercoupe，NewSLsupercoupe，BenzE-L(W212），Mercedes-BenzB-Class，BenzS-Class等本田HondaInsight，HondaNSX,讴歌RLX,讴歌NSX,AcuraRL,09款讴歌TL等日产Infinitifx35,Infinitiex25,日产天籁,日产Leopard(英菲尼迪原型车),MSX，NissanLEAF,日产370ZRoadster,SkylineCoupe,轩逸,日产Altima,日产FairladyZ等标致雪铁龙307，207，206，C4，C5等捷豹路虎All-NewRangeRover，JaguarXJ，RangeRoverEvoque，RangeRoverdiscovery，RangeRoverdefender等，通用CadillacATS，CadillacCTS,CadillacSRX，GMAcadia,ChevroletTaho，OpelMeriva，OpelZafiraTourer，OPELASTRA,科鲁兹,君威，别克GL8,BuickEnclave,BuickLucerne,Chryslertown&Country,ChevroletServerman等菲亚特AlfaRomeoGiulietta，等多数车型没在中国制造，要么尚未导入国内、要么以进口的方式在国内销售！！※全铝车型的销量都不会太大※国产铝材供货有问题2.轻量化车身用铝及钢的现状全铝车身：铝的应用替代了钢钢铝混合车身：铝的应用替代了软钢2.轻量化车身用铝及钢的现状10车型车身重,kgAl板占铝合金比例，%Al板，kgAl型材占铝合金，%Al型材，kgAl铸件占铝合金，%Al铸件，kg铝合金总量比例，%铝合金总量，kg最低价格，万人民币AudiR8Spyder261.030.078.363.0164.47.018.3100.0261.0210.0All-NewRangeRover379.077.9280.56.322.715.856.995.0360.1120.0AudiA8300.751.1143.119.955.629.081.293.1280.087.0JaguarXJ324.087.5249.55.716.26.819.488.0285.178.0Merc-BenzSLclass326.039.1109.918.251.242.6119.686.1280.7104.0LotusEvora344.026.938.273.1103.90.00.041.3142.1124.8AudiA6Limousine379.375.051.214.49.910.67.218.068.334.3BMW5SerGT499.071.850.90.70.527.519.514.270.940.0NissanLEAF372.084.632.715.46.00.00.010.438.724.0Merc-BenzE-L(W212)492.093.930.56.12.00.00.06.632.560.0CadillacATS372.963.610.40.00.036.46.04.416.430.0CitroënC4376.2100.013.90.00.00.00.03.713.920.0HondaCIVIC360.90.00.0100.011.90.00.03.311.911.0AudiA3309.5100.09.90.00.00.00.03.29.921.0RangeRoverEvoque417.4100.012.50.00.00.00.03.012.562.0OpelMeriva421.10.00.0100.012.60.00.03.012.620.0VolvoS60415.2100.011.60.00.00.00.02.811.628.0Mercedes-BenzB-Class387.0100.010.50.00.00.00.02.710.527.8saab9-5sedan490.170.49.329.63.90.00.02.713.245.0OpelZafiraTourer461.00.00.0100.012.00.00.02.612.020.8OPELASTRA415.5100.07.50.00.00.00.01.87.518.0AlfaRomeoGiulietta372.30.00.0100.06.30.00.01.76.335.0雪铁龙新C52.817.02.轻量化车身用铝及钢的现状：中国未来发展11车型级别2012年销量,万辆/年2013年销量,万辆/年未来乘用车销量,万辆/年车身重，kg铝合金供货量，万吨/年钢板供货量，万吨/年A级/A004750.970280034.4A级/A02201983003001.7157.9A级/A585709.79503209.6533.3B级168207.532535011.4199.6豪华463615040020105.3SUV198.430440040020280.7MPV53127.81504502.6118.4总计（不算微面）13201633.9234563.61429.6目录121国外车企车身轻量化选材历史3车身轻量化选材及设计机理4铝合金板材相关技术5微合金化高强度钢相关技术6总结2轻量化车身用钢及铝的现状3.车身轻量化选材及设计机理13覆盖件弯曲刚度扭转刚度结构强度抗凹痕性能行人保护3.车身轻量化选材及设计机理14覆盖件性能钢板铝板弹性模量21000072200抗拉强度270230密度7.82.7泊松比0.30.34剪切模量8100026900𝐡𝑨𝒍𝐡𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍=𝑬𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍𝟑𝑬𝑨𝒍𝟑𝒎𝑨𝒍𝒎𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍=𝝆𝑨𝒍𝑬𝑨𝒍𝟑𝝆𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍𝑬𝑺𝒕𝒆𝒆𝒍𝟑基于相同弯曲刚度1.40.53.车身轻量化选材及设计机理15覆盖件基于相同结构强度基于相同扭转刚度h𝐴𝑙h𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝑅𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙𝑅𝑚𝐴𝑙𝑚𝐴𝑙𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝜌𝐴𝑙𝑅𝑚𝐴𝑙𝜌𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙𝑅𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙※刚度只与弹性模量及结构的惯性矩有关h𝐴𝑙h𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝐺𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙3𝐺𝐴𝑙3𝑚𝐴𝑙𝑚𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙=𝜌𝐴𝑙𝐺𝐴𝑙3𝜌𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙𝐺𝑆𝑡𝑒𝑒𝑙3性能厚度比（hAl/hSteel）重量比（mAl/mSteel）弯曲刚度1.40.5结构强度1.20.4扭转刚度1.440.551.440.551.20.43.车身轻量化选材及设计机理16覆盖件基于抗凹性※抗凹性与厚度以及屈服应力有关系（2%应变后及烘烤后）：1.0mm3.车身轻量化选材及设计机理17覆盖件基于行人保护※行人保护性能更多的取决于结构设计，当然和应变速率敏感性有一定关系DifferentinnerstructuresThefirstacceleration,gThesecondacceleration,gHICA851831370B542602210C772181545D532672513E7914611883.车身轻量化选材及设计机理18覆盖件：发罩路虎新揽胜奔驰新SL奥迪A3目录191国外车企车身轻量化选材历史3车身轻量化选材及设计机理4铝合金板材相关技术5微合金化高强度钢相关技术6总结2轻量化车身用钢及铝的现状4.铝合金汽车板材相关技术20成形性烘烤硬化性能抗凹性翻边性能成形性翻边性能烘烤硬化性能抗凹性涂装工艺性涂装工艺性表面质量无橘皮表面质量无橘皮抗时效稳定性6个月抗时效稳定性6个月轧制、夹杂、晶粒度、模具、润滑等晶粒尺寸、合金相及弥散相分布、模具预时效处理涂装工艺调整晶粒控制预时效处理4.铝合金汽车板材相关技术214.铝合金汽车板材相关技术22覆盖件：发罩※翻边的设计※高弯曲性能的板材开发4.铝合金汽车板材相关技术234.铝合金汽车板材相关技术244.铝合金汽车板材相关技术254.铝合金汽车板材相关技术26目录271国外车企车身轻量化选材历史3车身轻量化选材及设计机理4铝合金板材相关技术5微合金化高强度钢相关技术6总结2轻量化车身用钢及铝的现状5.微合金化高强度钢相关技术28延伸率r-值n-值λ–值扩孔率微观组织均匀性n-值(atlowε)延伸率α–值弯曲角的微观组织均匀性5.微合金化高强度钢相关技术295.微合金化高强度钢相关技术30DP钢5.微合金化高强度钢相关技术315.微合金化高强度钢相关技术325.微合金化高强度钢相关技术33钢材的成形性能更好则其可以制造更复杂的零部件，进而构件的惯性矩提高，构件刚度相应提高，这样就可以补偿轻量化钢材对构件材料减薄造成的构件刚度降低，进而实现汽车轻量化钢工程的实施。5.微合金化高强度钢相关技术34历年典型欧洲车型热成形构件占车身重量比例5.微合金化高强度钢相关技术35全球拥有200多条热成形生产线:中国未来热成形构件5000万件以上，热成形钢需求量月80万吨5.微合金化高强度钢相关技术36HPF钢冲击韧性冷弯性能氢致脆性断裂5.微合金化高强度钢相关技术37HPF钢载荷力弯曲角弯曲载荷弯曲角度三点弯曲试验VDA238-100FmaxBmax吸能60-7005.微合金化高强度钢相关技术38HPF钢弯曲性能和吸能性能：黑色柱为碰撞吸能值，