汽车钢板及应用

1汽车钢板及应用中国第一汽车股份有限公司技术中心金属板材研究室韩志勇9463,13844992336.2013.4一汽技术中心2目录钢板概况热轧钢板热轧酸洗钢板不锈钢板花纹钢板一汽技术中心冷轧钢板涂层钢板特种钢板钢管有色金属31概况钢板（钢带）钢板是一种宽厚比和表面积都很大的矩形截面钢材。通常成张交货的称为钢板，也称平板；长度很长、成卷交货的称为钢带，也称卷板。一般宽度大于600mm的钢带称宽钢带，宽度小于600mm(一般不超过300mm)的钢带也称窄钢带。板带产品使用性极强，有“万能钢材”之称。一汽技术中心4钢板（钢带）生产工艺流程：采矿→选矿→烧结/球团→高炉炼铁→电/转炉炼钢→炉外精炼→连铸/模铸→粗轧→精轧→热处理→热轧钢板（卷）→酸洗→热轧酸洗钢板（卷）→冷轧→退火→冷轧钢板（卷）→涂层处理→涂层钢板（卷）→其它处理→复合钢板等一汽技术中心5某钢厂碳钢生产流程：一汽技术中心6某钢厂热轧酸洗生产流程：一汽技术中心7某钢厂特钢生产流程：一汽技术中心8钢板应用钢板是工业和民用各领域应用最广泛的钢材之一，配合切割、冲压、焊接、机加等加工工艺，用以制造各种箱体或壳体、容器、覆盖件、管材、机械零件等。钢板也是汽车产品中应用最广泛和用量最大的金属材料之一，主要应用在车身、车厢(箱)、底盘及车轮等部件及总成上。据粗略统计，按照汽车车型的不同，钢板的用量约占汽车钢材用量的55-80%。一汽技术中心9汽车钢板件成形工艺大部分采用冷冲压：车身覆盖件、各种结构件等部分零件采用辊压：纵梁、滑道、导轨等少数零件采用旋压：轮辋、皮带轮、壳体等热冲压：桥壳内高压成形：悬挂/排气/转向系统零件等前/后副车架（奔腾）热成形：B柱、中通道、前围挡板横梁、前围挡板下板等一汽技术中心10汽车钢板分类汽车钢板的分类仅为一般性的区分界定，旨在方便钢板的技术交流和选用,划分一般有以下几类：按轧制工艺分为：热轧钢板、热轧酸洗钢板、冷轧钢板；按表面处理分为：普通钢板、涂层钢板；按强度级别分为：普通强度钢板、高强度钢板、超高强度钢板、特高强度钢板；按化学成分分为：优碳、普碳、低合金、微合金化及合金钢板（含不锈钢板）；按金相组织分为：铁素体钢板、贝氏体钢板、马氏体钢板等按冲压级别分为：一般、冲压、深冲、超深冲；按零件用途分为：梁用钢板、车轮钢板、桥壳钢板、传动轴管用钢板、弹簧钢板等；一汽技术中心11不同强度级别钢板划分国内对汽车用高强度钢板倾向于分为两类：普通高强度钢板：抗拉强度或屈服强度相对较低，或采用传统工艺或传统工艺少许改进即能生产出来高强度钢板。如烘烤硬化钢板、含磷钢板、高强度IF钢板以及HSLA钢板等。先进高强度钢板：需要采用先进设备及工艺方法才能生产出来的钢板，如双相钢板（DP钢板）、复相钢板（CP钢板）、相变诱发塑性钢板（TRIP钢板）、马氏体钢板（M钢板或Mart钢板）及孪晶诱导塑性钢板（TWIP钢板）等。一汽技术中心日本：普通强度钢板：抗拉强度＜490MPa的热轧钢板及抗拉强度＜340MPa的冷轧钢板。高强度钢板：抗拉强度≥490MPa的热轧钢板及抗拉强度≥340MPa的冷轧钢板。12德国：高强度钢板(HSS)：180MPa≤屈服强度＜300MPa的钢板；先进高强度钢板(AHSS)：300MPa≤屈服强度＜600MPa的钢板；超高强度钢板（UHSS）：屈服强度≥600MPa的钢板。一汽技术中心ULSAB组织：普通强度钢板：屈服强度＜210MPa的热轧钢板；高强度钢板(HSS)：210MPa≤屈服强度≤550MPa的热轧钢板；超高强度钢板(UHSS)：屈服强度＞550MPa的热轧钢板。13国际钢铁协会（IISI）：从定性概念上定义为高强度钢板（HSS）和先进高强度钢板（AHSS）。一汽技术中心意大利：普通强度钢板：普通碳素钢板、优质碳素钢板等；高强度钢板(HSS)：烘烤硬化钢、含磷钢和低合金高强度钢等;超高强度钢板(UHSS)：双相钢、铁素体-贝氏体钢和TRIP钢等。14典型钢板分类图一汽技术中心15典型钢板分类图一汽技术中心16典型钢板分类图一汽技术中心17世界钢铁学会钢板分类图一汽技术中心182汽车用热轧钢板（包含热轧酸洗钢板）一汽技术中心★汽车用热轧钢板主要用在载货用商用车上，占全部消耗量的85％左右，其中以中、轻型载货商用车的消耗量最大，占50％左右。★中轻型商用车、微型车和轿车占热板消耗量的65％左右，是汽车热轧板消耗的主要车种，且对热板的质量要求也较其他车种高。★轿车的消耗量虽较小，但对热轧钢板的质量要求较高。汽车热轧板的应用比例19一汽技术中心★按零件应用及用途：可分为梁用钢板、车轮钢板、桥壳钢板、传动轴管用钢板、弹簧钢板、不锈钢板、耐磨钢板等。★按表面供货状态：可分为普通热轧钢板、热轧酸洗钢板、黑皮钢板及花纹钢板等。汽车热轧板主要分类★按成分、组织、工艺等冶金特征：可分为碳素钢板（普通碳素钢板、优质碳素钢板）、低合金高强度钢板、双相钢板、TRIP钢板、TWIP钢板、贝氏体钢板、马氏体钢板、硅钢板等等。★按强度级别：上面已讲，不再赘述。20一汽技术中心汽车热轧钢板冶金强化技术★低碳、微合金化强化：通过添加微量合金元素、降低碳元素含量及辅以控轧控冷工艺，实现提高强度、改善焊接性能、保证成形性能的目的。强化方式以析出强化和细晶强化为主。典型钢板牌号：欧洲、宝钢生产的QSTE500～700TM及S500～700MC系列热轧钢板。★相变强化：通过添加合金元素、低碳及冶炼铸造轧制冷却等工艺控制，实现提高强度或综合提高强塑积的目的。强化方式以相变强化为主，典型钢种：贝氏体钢、马氏体钢、F+B及F+M双相钢、(以金属变形前强化为主)；TRIP钢、QP钢、1000MPa级-5%Mn第三代汽车钢、TWIP钢(以金属变形过程中强化为主)等。21一汽技术中心★控轧控冷工艺强化：热轧钢板常温状态的组织性能除受材料本身化学成分的影响之外，很大程度上取决于轧制过程中的轧制制度和冷却制度。通过控制轧制及轧后工艺参数，如变形量分配、终轧温度、卷取温度、冷却速度等，可以控制产品的组织结构特征和力学性能参数。★提纯强化：通过转炉顶底复吹(快速脱C、深脱P)、RH真空精炼(深脱N到40ppm以下且除H、脱C、O，精确调整钢水成分，温度均匀化)、LF炉外精炼(深脱S到20ppm以下、精确控制钢水合金成分)等冶炼的先进技术，提高钢质纯净度，尽量减少夹杂物对材料性能的影响，显著提高金属材料性能（不只静态强度，韧性、动态疲劳强度等均得到提高）。22一汽技术中心汽车热轧钢板先进成形技术★旋压成形：旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，成形时材料同时发生塑性变形和流动变形。将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。旋压成形在航天航空上应用广泛，目前采用旋压成形的典型汽车热轧板零件有车轮轮辋、轮辐、皮带轮、消声器、催化器壳体等。23一汽技术中心车轮轮辋旋压机：24一汽技术中心汽车热轧钢板先进成形技术★辊压成形：辊压（又称辊弯）成形工艺是通过顺序配置多道次成形辊弯，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面的型材。辊压成形工艺在高强度热轧钢板零件上的应用目前主要是商用车车架纵梁，与高强度冷轧钢板零件如保险杠、各种导轨等相比，零件辊压截面形状要简单。辊压成形示意图25一汽技术中心应用零件实例：9*80*320*10650mm700L辊压的J6M车架纵梁700L（鞍钢）进行辊压(a)(b)26一汽技术中心★液压胀形：液压胀形是内高压成形的一种，指采用液体(水、乳化液或油)作为传力介质使管状或板状材料在液体压力作用下产生纬向扩张的成形方式。与其他胀形方法相比，最大优点是在无摩擦状态下成形，传力均匀，可提高材料成形极限，产品质量好、制件形状和尺寸精度高。目前热轧钢板采用液压胀形成形技术的典型有轿车副车架主管、扭力梁及前下控制臂等，商用车液压胀形驱动桥桥壳国内正处于研制阶段，尚未大规模生产应用。27一汽技术中心鞍钢热轧内高压成形用钢系列产品：牌号ReL/MPaRm/MPaA80mm/%NGY330标准≥170MPa≥330MPa≥34实物水平2453353424033534.5NGY440标准≥305MPa≥440MPa≥28实物水平3344673133446730.5NGY590标准≥340≥580≥24实物水平4056352640063026NGY780标准≥450≥780≥14实物水平5708051660579517.528一汽技术中心应用实例：轿车扭力梁后副车架主管前副车架主管前下控制臂29一汽技术中心汽车热轧钢板相关检验及评价宏观角度：化学成分及金相组织的均匀程度直接决定了钢板性能的均匀性、稳定性。—带钢（钢卷），尤其是通过控轧控冷及罩式退火工艺生产的带钢（钢卷），头、中、尾性能差别就是上述的典型体现。★化学成分及金相组织：化学成分及控轧控冷工艺是钢板质量的基础，成分可直接检验，控轧控冷工艺则通过金相组织间接检验，可以说，化学成分及金相组织基本决定了钢板的性能。微观角度：成分偏析、组织偏析导致钢板出现带状组织、夹杂物及析出相小范围偏聚，通常导致钢板静态弯曲及动态疲劳等性能变差，晶粒度、析出化合物等影响力学性能等。—对于钢板动态疲劳而言，带状组织、夹杂物及析出相处会产生应力集中而成为初始裂纹源。30一汽技术中心汽车热轧钢板相关检验及评价★常规性能：屈服强度、抗拉强度、延伸率、冷弯、冲击韧性等是钢板质量最直接、宏观的体现，对于高强塑积热轧钢板n值、r值也已成为常规检验项目。★表面及内部缺陷检验：钢板表面的裂纹、气泡、夹杂、结疤、折叠和划痕及内部分层、夹层等缺陷对钢板质量、后续加工及使用均会产生不良影响，应严格按标准要求进行检验。必须指出：由于各钢厂产线不同，轧制工艺不同而出现的某些钢板常规性能检验能够满足要求，但成分体系明显不符合此钢种典型特征时，应判定为不合格。31一汽技术中心汽车热轧钢板相关检验及评价★缺口敏感系数：为比较各种材料对缺口敏感的程度，常进行缺口静拉伸试验。缺口强度比NSR=RmN/Rm，NSR1，对缺口敏感，NSR1，缺口使材料的屈服强度或抗拉强度升高，但塑性降低，“缺口强化”。★动态疲劳性能：钢板的中值疲劳强度及p-S-N曲线必须满足要求，尤其是中值疲劳强度。影响钢板疲劳性能的因素很多，通常有钢质纯净度、杂质数量及形态、成分及组织均匀程度、表面质量、晶粒大小等。★成形性能：热轧钢板通常成形难度远小于冷轧钢板，成形性能一般通过屈强比、延伸率(主要考虑最大力均匀塑性延伸率Ag，即均匀塑性延伸率)、冷弯性能体现，对于高强塑积先进高强钢板，n值、r值也需考虑，如热轧奥氏体不锈钢、TWIP钢、中/高Mn第三代汽车钢等。32一汽技术中心★厚度、宽度等尺寸规格符合常规，便于采购。★性价比高。汽车热轧板选材需注意的几个方面★牌号精简及统一。★集中采购-大趋势。33汽车热轧钢板介绍一汽技术中心◆碳素钢板：主要按冶金特征及零件用途进行钢板介绍。特点：1）含碳量小于1.35%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。2）碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。3）与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。34一汽技术中心○普通碳素钢板：对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。每个钢板牌号按质量可分为A、B、C、D不同的等级，最少一种，最多四种。代表牌号：Q235/SS400，常用于强度级别不高的汽车结构件及成形要求不高的冲压件。典型金相组织：铁素体加少量珠光体。金相组织供货钢厂：35一汽技术中心标准解读：Q/CAM-22.3热轧钢板及钢带技术条件第3部分：普通碳素钢板及钢带