高强度钢与车身轻量化设计

高强度钢与车身轻量化设计陈涛2009-07-22湖南大学陈涛一、汽车车身用钢的发展与面临的挑战二、高强度钢简介三、应用高强度钢的汽车轻量化项目四、高强度钢典型应用范例湖南大学陈涛一、汽车车身用钢的发展与面临的挑战二、高强度钢简介三、应用高强度钢的汽车轻量化项目四、高强度钢典型应用范例湖南大学陈涛世界上第一辆轿车发明人卡尔.本茨1886年，卡尔.本茨造出的第一辆三轮汽车，速度每小时18公里，使用二冲程发动机。湖南大学陈涛钢在整车中的主要应用白车身BIW(BodyInWhite)门盖系统BodyClosure底盘悬架Suspension湖南大学陈涛新型高强度钢应用的驱动力湖南大学陈涛日趋严格的汽车安全要求20022004湖南大学陈涛更高的排放和燃油经济性要求CO2EMISSIONTRENDSINEUROPEAutomotivesideCO2(g/km)5010015020025030019781990200020052010140EUROPEANMANUFACTURERSAGREEMENTACEA-COMMISSIONOFEUR&DAREA湖南大学陈涛减重与提高燃油经济性湖南大学陈涛WeightreductionpotentialYieldstrength(MPa)Weightreduction(%)40015-2570035-4590045-50110050-55Comparedtomildsteel应用高强度钢的减重潜力湖南大学陈涛汽车发展对材料的要求湖南大学陈涛一、汽车车身用钢的发展与面临的挑战二、新型高强度钢简介三、应用高强度钢的汽车轻量化项目四、高强度钢典型应用范例湖南大学陈涛•IF:无间隙原子钢•Mild:低碳铝镇静钢•HSSIF:高强度IF钢•BH:烘烤硬化钢•IS:各向同性钢•CMn：碳锰钢•HSLA:高强度低合金钢•DP:双相钢•CP：复相钢•TRIP:相变诱发塑性钢•Mart：马氏体钢•TWIP：孪晶诱发塑性钢•Stainless：不锈钢•Bsteel：热冲压用钢TRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteelTRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteel•IF:无间隙原子钢•Mild:低碳铝镇静钢•HSSIF:高强度IF钢•BH:烘烤硬化钢•IS:各向同性钢•CMn：碳锰钢•HSLA:高强度低合金钢•DP:双相钢•CP：复相钢•TRIP:相变诱发塑性钢•Mart：马氏体钢•TWIP：孪晶诱发塑性钢•Stainless：不锈钢•Bsteel：热冲压用钢TRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteelTRIP延伸率(%)屈服强度(MPa)01020304050607004006001000MildHSSIFHSLADP,CPBHCMn200800ISMART1200IF高强度钢板超高强度钢板550MPa软钢210MPaTWIPStainlessBsteel高强度钢的种类湖南大学陈涛高强度钢按屈服强度分类湖南大学陈涛1双相钢DualPhase(DP)Steel铁素体（黑色）马氏体(白色)基板热镀锌层¾组织：铁素体＋马氏体¾成分：Fe－C－Si－Mn湖南大学陈涛¾DP钢种类：9热轧：550、600、700、800、1000MPa9冷轧和电镀锌：500、600、700、800、1000、1200、1400MPa9热镀锌：500、600600、700、800MPa9热镀锌合金化：500、600、700、800MPa9加工硬化:在低的应变区（2%-3%）,屈服强度提高很快(140-220MPa)9无屈服延伸，无室温时效9BH：35～80MPa9屈强比较低（0.5~0.65）9疲劳性能9高速力学性能¾DP钢优点：湖南大学陈涛¾DP钢的典型应用：结构及加强件¾车轮(Wheel)¾车底十字构件（Floorcrossmember）¾防撞加强构件（Bumperreinforcement）¾轨（Rail）¾车门外板（Doorouter）¾前翼构件（frontsidemember）¾后侧外部构件（Externalrearsidemember）¾悬挂构件(Towersuspension)DualPhaseBHMartTRIPIFHSLADualPhaseBHMartTRIPIFHSLA湖南大学陈涛2相变诱导塑性钢TRansformationInducedPlasticity(TRIP)Steel¾组织：铁素体、马氏体、贝氏体和奥氏体¾成分：0.1C+1.4Mn+1.0Si,F＋B＋rA(5~15%)湖南大学陈涛¾TRIP钢种类：¾热轧：600MPa、800MPa¾冷轧和电镀锌：600MPa、800MPa¾热镀锌：600MPa、800MPa湖南大学陈涛¾TRIP钢的典型应用：湖南大学陈涛3马氏体钢Martensitic(MS)Steel99热成形热成形¾¾压机载荷小压机载荷小¾¾零件复杂零件复杂¾¾回弹小回弹小湖南大学陈涛热冲压工艺示意图卷材下料加热传送冲压并迅速冷却热冲压工艺示意图湖南大学陈涛车顶侧梁门板加强筋前立柱(A柱)中立柱(B柱)纵向承载梁后保险杠前保险杠车窗加强筋门槛地板通道悬置固定架横向支撑梁热成形典型零件：热成形典型零件：湖南大学陈涛4低合金高强度钢High-strengthLow-alloy(HSLA)Steel¾成分及组织特点9成分：C－Mn+Ti(Nb)9组织：铁素体＋少量碳化物,细晶粒¾性能特点：9高屈强比（0.85）9强度级别：280、340、380、410MPa/YS¾原理：利用微合金元素细化晶粒和弥散强化，得到高强度和良好的焊接性能湖南大学陈涛¾典型应用9车身结构件、加强件9底盘部件湖南大学陈涛5烘烤硬化钢BakeHardenable(BH)SteelBH湖南大学陈涛湖南大学陈涛9典型用途：外板湖南大学陈涛6各向同性钢Isotropy(IS)SteelΔr=(r0+r90-2r45)/2：一般在Δr趋近于0时，钢板的成形性较好，并且壁厚减薄均匀，没有制耳。各向同性钢板可以控制Δr在－0.2～＋0.2之间，对成形性十分有利。IS¾IS组织特点：铁素体¾IS钢种类：冷轧和电镀锌：220、250、260、300MPa/YS湖南大学陈涛湖南大学陈涛一、汽车车身用钢的发展与面临的挑战二、新型高强度钢简介三、应用高强度钢的汽车轻量化项目四、高强度钢典型应用范例湖南大学陈涛ULSAB系列汽车轻量化项目湖南大学陈涛ULSABULSACULSASULSAB-AVC轻量化研究项目之间的关系湖南大学陈涛ULSAB–超轻量化白车身项目„ULSAB项目的主要成果¾车身结构比同类车的平均水平减重25％；¾车身结构的抗扭和抗弯强度较同类车的平均水平分别提高80％和52％；¾车身结构造价比同类车平均造价降低15％。湖南大学陈涛„ULSAB项目的主要创新点¾高强度和超高强度钢在车身结构上的应用＞90％；¾车身50％采用激光拼焊板；¾使用液压成型技术；¾使用复合钢板；¾车身组装广泛应用激光焊接。湖南大学陈涛ULSAC–超轻量化门盖项目„ULSAC项目的主要研究成果¾与同类车覆盖件相比减重32％。¾采用了无框架车门结构；¾用高强度钢制造车门外板；¾用超高强度钢制造车门杆件；湖南大学陈涛ULSAS–超轻量化悬架项目„ULSAS项目的主要研究成果¾与同类车悬挂件相比减重20％；¾制造成本与同类车相比降低20％。¾成本低于铝材结构30％；湖南大学陈涛UISAB-AVC先进的汽车概念项目以安全、环保、价格为中心。„安全：满足2004年出台的更加严格的安全标准；„环保：油耗指标达到百公里耗油3公升，排放满足2005年出台的欧洲标准EU4的要求。„价格：通过技术创新，降低制造费用和维护费用安全环保AVC目标价格湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛TubeHydroformingSheetHydroforming湖南大学陈涛ArcelorABC(ArcelorBodyConcept)0102030405060708090300340400440500600800100012001500REFABCTS(MPaTS(MPa))重量重量(Kg)(Kg)5757％％‰‰SoftSoft：：50%50%→→10%10%‰‰UHSS800,57%UHSS800,57%－20％－－2020％％ABC(ArcelorBodyConcept)ABC(ArcelorBodyConcept)湖南大学陈涛湖南大学陈涛Thyssen:NSB(NewSteelBody)NSB(NewSteelBody)NSB(NewSteelBody)－24％－－2424％％‰融入了自身材料和技术‰提高了Steelsolution能力‰‰SoftSoft：：57%57%→→16%16%‰‰UHSS800,25%UHSS800,25%‰‰融入了自身材料和技术融入了自身材料和技术‰‰提高了提高了SteelsolutionSteelsolution能力能力湖南大学陈涛湖南大学陈涛一、汽车车身用钢的发展与面临的挑战二、新型高强度钢简介三、应用高强度钢的汽车轻量化项目四、高强度钢典型应用范例湖南大学陈涛Averagemin.YieldStrength:178MPaBMW3Series(SOP1997)DeepDrawSteels180MPa200-220MPa260MPa300-340MPa380-420MPa500-680MPa900MPaAlMgAluminumAlSiAluminumPlasticsOthers234MPaBMW7Series(SOP2001)237MPaBMW5Series(SOP2003)Percentageofmaterial(piediagramm:bodyinwhiteincl.hangonparts)294MPaBMW3Series(SOP2004)湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛车型一：FORD500湖南大学陈涛湖南大学陈涛正碰五星级侧碰五星级2005FORD500的碰撞安全性能湖南大学陈涛车型二：GMPONTIAC湖南大学陈涛湖南大学陈涛车型三：VOLVOXC90湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛车型四：HONDACIVIC湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛湖南大学陈涛谢谢