冷軋汽車板(汽車鋼板)基本知識(shí)科普！你都了解了嗎?
自從19世紀(jì)80年代第一輛汽車問(wèn)世以來(lái)，汽車工業(yè)對(duì)其使用板材的品種、表面質(zhì)量、機(jī)械性能、耐腐蝕性等各項(xiàng)要求在不斷提高和完善。特別是現(xiàn)在，隨著能源、安全和環(huán)保等要求的日益增高，對(duì)汽車板的發(fā)展和應(yīng)用也提出了更高的需求和挑戰(zhàn)。本文試就汽車用板中使用量最大的冷軋板發(fā)展和具體應(yīng)用進(jìn)行概述。
冷軋汽車板的質(zhì)量要求
通常汽車工業(yè)對(duì)所使用的冷軋鋼板有如下要求：
1）優(yōu)良的成形性能，即：高的塑性應(yīng)變比r值，高的均勻伸長(zhǎng)率δu，高的總伸長(zhǎng)率δt，低的屈服強(qiáng)度σs，低的時(shí)效指數(shù)AI和低的屈服伸長(zhǎng)，以用于沖制復(fù)雜的汽車覆蓋件。
2）優(yōu)良的抗凹陷能力和足夠的結(jié)構(gòu)剛度，以避免在制造和使用中產(chǎn)生凹陷，特別是能在突發(fā)的沖撞事故中能最大限度地吸收能量，保護(hù)乘員的安全。
3）良好的焊接性能，保證零件有效的連接及焊點(diǎn)和焊點(diǎn)周邊區(qū)域的強(qiáng)度和性能不發(fā)生大的變化。
4）優(yōu)良的表面形貌和光潔程度，良好的噴涂性能和對(duì)油漆涂鍍層的附著性能，以求表面美觀。
5）高的耐蝕性能。
6）良好的板形和板面平直度，嚴(yán)格的尺寸精度和性能均勻性。
7）良好的吸聲減振性，應(yīng)用于部分零件，以減少汽車在行駛中的雷鳴效應(yīng)。
由于冷軋汽車板的這些特殊質(zhì)量要求，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、難度大，因此汽車板的生產(chǎn)廠家在實(shí)際生產(chǎn)中均采用了一貫制原則，即對(duì)冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、退火及涂鍍等涉及的各道工序進(jìn)行統(tǒng)一的生產(chǎn)計(jì)劃和管理。
冷軋汽車板的發(fā)展
2．1冷軋汽車板向超深沖方向發(fā)展
一般將汽車用沖壓鋼分為三代產(chǎn)品，沸騰鋼為第一代，產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用于20世紀(jì)50~60年代；鋁鎮(zhèn)靜鋼為第二代，產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用于60~80年代；無(wú)間隙原子鋼（IF鋼）為第三代，產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用于80年代以后。三代沖壓用鋼性能比較如表1所示。
表1 三代沖壓用鋼性能比較
鋼種 | σs /MPa | σb /MPa | δ/% | r值 | n值 |
沸騰鋼 | 180~190 | 290~310 | 14~48 | 1.0~1.2 | 約0.22 |
鋁鎮(zhèn)靜鋼 | 160~180 | 290~300 | 44~50 | 1.4~1.8 | 約0.22 |
IF鋼 | 100~150 | 250~300 | 45~55 | 1.8~2.8 | 0.23~0.28 |
無(wú)間隙原子鋼（IF鋼）是深沖性最好的沖壓用鋼，也是今后深沖鋼發(fā)展的方向。目前主要用于汽車超深沖級(jí)（EDDQ）和特超深沖級(jí)（S-EDDQ）沖壓件（轎車覆蓋件）的生產(chǎn)。在國(guó)外，尤其日本、韓國(guó)已大量使用IF鋼替代低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼用于汽車制造業(yè)。從1986年到1990年，全世界IF鋼的產(chǎn)量增長(zhǎng)5倍，達(dá)到700萬(wàn)t，其中日本和德國(guó)發(fā)展最快，日本從1986年到1989年產(chǎn)量增長(zhǎng)了11倍。1997年僅日本IF鋼的年產(chǎn)量就超過(guò)1000萬(wàn)t。我國(guó)研制IF鋼始于1989年，1995年寶鋼IF鋼產(chǎn)量為6萬(wàn)多噸，2002年寶鋼的IF鋼冶煉量超過(guò)100萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模突破。以IF鋼為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的深沖熱鍍鋅IF鋼板、深沖高強(qiáng)度烘烤硬化板等系列，已形成了第三代汽車沖壓鋼板。IF鋼的生產(chǎn)已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家汽車鋼板的標(biāo)志，降低生產(chǎn)成本并進(jìn)一步提高產(chǎn)品等級(jí)是目前IF鋼生產(chǎn)和研究方向。
2．2冷軋汽車板向超高強(qiáng)度方向發(fā)展
為了滿足汽車“減重節(jié)能”的需要，汽車零部件越來(lái)越多地使用高強(qiáng)度鋼板制造。冷軋汽車板的應(yīng)用比例在日益增加，強(qiáng)度級(jí)別也在逐漸提高。日本、美國(guó)、歐洲各汽車制造廠所使用的高強(qiáng)度鋼板的等級(jí)不盡相同，但總的趨勢(shì)是汽車用鋼板，尤其是汽車加強(qiáng)件用板的強(qiáng)度等級(jí)在進(jìn)一步提高。美國(guó)和歐洲高強(qiáng)度鋼板的使用量在增加，強(qiáng)度等級(jí)使用到440MPa等級(jí)，更高等級(jí)正在開發(fā)中。日本高強(qiáng)度鋼板使用量增加最快，7年前在轎車上使用高強(qiáng)度鋼板的比率已達(dá)到30~40%，在卡車上使用的比率為5%~10%。強(qiáng)度等級(jí)也最高，用作汽車門的加強(qiáng)板和保險(xiǎn)杠甚至使用980MPa級(jí)以上的超高強(qiáng)度鋼板，個(gè)別廠家己能生產(chǎn)1470MPa 級(jí)超高強(qiáng)鋼板。超高強(qiáng)鋼板的厚度較厚、寬度較窄，在汽車上用量較少，但有一定的發(fā)展前景，反映了一個(gè)國(guó)家的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)水平。隨著對(duì)高強(qiáng)度與成形性的矛盾、帶厚減薄與抗腐蝕性的矛盾、焊接性能以及擦傷、磨損、碎裂、疲勞等各方面的問(wèn)題的逐步解決，冷軋高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。
2．3冷軋汽車板向涂鍍層方向發(fā)展
隨著對(duì)汽車壽命和耐蝕性要求的不斷提高，鍍層鋼板在汽車中的使用比例逐年增多。熱鍍鋅較電鍍鋅鋼板增長(zhǎng)更快，原因是熱鍍鋅鋼板的成本較電鍍鋅低，而且近年來(lái)由于帶鋼熱鍍鋅技術(shù)不斷取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展，熱鍍鋅帶鋼的表面質(zhì)量不斷提高，已逐步接近電鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量并部分替代電鍍鋅產(chǎn)品用于汽車外覆件，在汽車板方面，熱鍍鋅取代電鍍鋅的趨勢(shì)日益明顯。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其是汽車檔次的提高及鍍層板性能的改善，鍍層板用量會(huì)迅速增加，表面處理鋼板會(huì)大力發(fā)展，而高強(qiáng)鋼表面處理鋼板，集高強(qiáng)度和優(yōu)良耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)于一身，必然成為汽車用鋼板發(fā)展的重中之重。
2．4冷軋汽車板向特殊板方向發(fā)展
減振鋼板由美國(guó)發(fā)明于20世紀(jì)70年代，80年代開始進(jìn)入實(shí)用化研究，近年來(lái)日本在減振鋼板的研究和生產(chǎn)方面已經(jīng)規(guī)范化。我國(guó)在減振鋼板的研制開發(fā)及應(yīng)用方面，近幾年也得到迅速發(fā)展，目前寶鋼自己開發(fā)設(shè)計(jì)的減振鋼板生產(chǎn)線已達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)，并且其產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。
汽車工業(yè)對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求日益增高，目前在轎車生產(chǎn)中，所使用的表面無(wú)缺陷O5級(jí)板用量占到了其冷板使用總量的30％以上。如何改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)裝備和工藝，以滿足生產(chǎn)高表面質(zhì)量冷軋板的要求，是冷軋板生產(chǎn)企業(yè)今后生產(chǎn)研究的一個(gè)重要課題。
冷軋汽車板的主要品種
為實(shí)現(xiàn)汽車減重節(jié)能、防腐、防污染、防噪聲、安全舒適等目標(biāo)，逐步形成了具有不同特點(diǎn)的冷軋汽車板品種系列，其中主要有：以提高成形性能為目標(biāo)的深沖鋼板系列；以減振節(jié)能為目標(biāo)的高強(qiáng)度鋼板系列；以提高汽車防腐能力為目標(biāo)的表面處理鋼板系列；以發(fā)展高性能汽車為目標(biāo)的特殊鋼板等。
3．1深沖鋼板
冷軋板按沖壓級(jí)別分為：商用級(jí)（CQ）、普通沖壓級(jí)（DQ）、深沖壓級(jí)（DDQ）、超深沖壓級(jí)（EDDQ）和特超深沖壓級(jí)（S-EDDQ）。在轎車用板中，約72％以上的冷軋板要求達(dá)到DQ級(jí)及其以上深沖性能，95％以上的鍍鋅板要求達(dá)到DQ級(jí)及其以上深沖性能。
3．2高強(qiáng)度鋼板
高強(qiáng)度汽車板按沖壓級(jí)別分為普通沖壓級(jí)、深沖級(jí)和超深沖級(jí)三大類。按強(qiáng)化機(jī)理則主要有四大類型：
3．2．1固溶強(qiáng)化型加磷鋼板
通過(guò)加磷使鐵素體固溶強(qiáng)化以提高強(qiáng)度，其強(qiáng)度級(jí)別為320MPa、360MPa。加磷高強(qiáng)鋼板具有優(yōu)良的成形性能，深沖級(jí)高強(qiáng)鋼板的塑性應(yīng)變比r值為1.4~1.6，超深沖級(jí)高強(qiáng)鋼板的塑性應(yīng)變比r值可達(dá)2.0。
3．2．2彌散強(qiáng)化型高強(qiáng)度低合金鋼板
通過(guò)加入Mn、Cu、 Mo、V、Ti、Co和適當(dāng)?shù)目剀埧乩涔に嚠a(chǎn)生彌散強(qiáng)化、晶粒細(xì)化和回復(fù)強(qiáng)化以提高強(qiáng)度。其強(qiáng)度級(jí)別為380MPa、420MPa、460MPa、500MPa和540MPa。Cu析出強(qiáng)化鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)610MPa，塑性應(yīng)變比r值可達(dá)1.9，加Mn后IF鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)440MPa，塑性應(yīng)變比r值為1.5~2.0。
3．2．3相變強(qiáng)化型雙相鋼板和馬氏體鋼板
雙相鋼是通過(guò)適當(dāng)?shù)暮辖鹪睾蜕a(chǎn)工藝獲得80%~90%的鐵素體和10%~20%的馬氏體組織，它具有低屈服強(qiáng)度，高加工硬化指數(shù)，成形性能良好，抗拉強(qiáng)度可達(dá)560~1030MPa。馬氏體鋼為高含錳（0.8%~1.6%）鋼，在快速冷卻下控制A→M轉(zhuǎn)變，獲得80%以上的馬氏體組織和極高的強(qiáng)度（689~1034MPa）。TRIP鋼是雙相鋼的變種，主要組織是鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體，其中殘余奧氏體的含量在5%~15%，強(qiáng)度范圍為600 ~ 800 MPa。
3．2．4烘烤硬化型的BH鋼板
通過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に嚳刂乒倘?/span> C原子數(shù)量，達(dá)到?jīng)_壓前低屈服強(qiáng)度，在烘烤過(guò)程中屈服強(qiáng)度增高40~80MPa，從而提高材料抗凹陷能力。BH板具有良好的成形性能，塑性應(yīng)變比r值高達(dá)2.3。
3．3涂鍍層鋼板
采用冷軋表面處理鋼板，可大大提高汽車防腐能力。冷軋涂鍍層鋼板可分為三個(gè)系列：熱浸鍍系列、電鍍系列和有機(jī)涂層系列。
3．4特殊鋼板
為提高汽車性能，人們開發(fā)生產(chǎn)了具有潛在競(jìng)爭(zhēng)力的特種汽車板。如以安全減振為目的的減振鋼板，可有效降低汽車高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的雷鳴效應(yīng)，消除噪聲、提高舒適性；以生產(chǎn)寬幅汽車板、減輕重量、降低成本為目的的拼焊鋼板，大大提高了汽車整體性能和安全性能；以提高表面質(zhì)量要求的表面無(wú)缺陷鋼板（O5），極大滿足了高檔轎車的發(fā)展需要。
冷軋汽車板的應(yīng)用
4．1深沖鋼板
深沖鋼板主要用來(lái)滿足汽車用鋼對(duì)深沖性能的要求，其用途及特點(diǎn)如表2所示。
表2 深沖鋼板用途及特點(diǎn)
用途 | 特點(diǎn) |
商用級(jí)（CQ） | 具有足夠的延展性，適用于簡(jiǎn)單成型、彎曲或焊接加工 |
普通沖壓級(jí)（DQ） | 具有比商用級(jí)較大的延展性，更為均勻成型及較復(fù)雜變形的零部件 |
深沖壓級(jí)（DDQ） | 具有比普通沖壓級(jí)更大的延展性，更為均勻的性能；適用于制造深沖壓成型及復(fù)雜變形的零部件 |
超深沖壓級(jí)（EDDQ） | 具有比深沖壓級(jí)更大的延展性，更為均勻的性能，適用于制造超深沖壓成型及更為復(fù)雜變形的零部件 |
特超深沖壓級(jí)（S-EDDQ） | 具有比超深沖壓級(jí)更為優(yōu)異的沖壓性能，適用于制造特超深沖成型及極為復(fù)雜的變形的零部件 |
為了滿足汽車用鋼對(duì)深沖性能更高的要求，近年來(lái)發(fā)展應(yīng)用了無(wú)間隙原子鋼（IF 鋼），它是在超低碳鋼（C＜0.005%，N＜0.003%）中加入一定量的Ti、Nb，使鋼中C、N原子被固定成碳化物、氮化物，而鋼中無(wú)間隙原子存在。
該鋼具有極優(yōu)良的成形性，即高塑性應(yīng)變比r值（r＞2.0）、高加工硬化指數(shù)n值（n＞0.25）、高伸長(zhǎng)率δ（δ＞50%）和非時(shí)效性（AI＝0），該鋼種可廣泛應(yīng)用于對(duì)深沖特性有特殊要求的各類汽車部件，如油盤或外側(cè)面板等。
目前，新日鐵用IF鋼板，采用連續(xù)退火工藝生產(chǎn)開發(fā)的特超深沖級(jí)S-EDDQ鋼板，其r值可高達(dá)2.5，川崎制鐵更于1999年首次在世界上成功地開發(fā)生產(chǎn)出r值達(dá)到2.9以上的超高r值的鋼板，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
4．2高強(qiáng)度鋼板
冷軋高強(qiáng)汽車板板規(guī)格范圍通常為0.5~1.2mm×800~1850mm，強(qiáng)度級(jí)別為340~1470MPa。主要品種有烘烤硬化BH鋼、雙相DP鋼和相變誘導(dǎo)塑性TRIP鋼等。
烘烤硬化BH鋼用于汽車門外板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、行李箱外板和頂棚等多種覆蓋構(gòu)件，是一種綜合性能理想的汽車用板，國(guó)內(nèi)烘烤硬化BH鋼板按照屈服強(qiáng)度可分為：180 MPa，210 MPa，240 MPa，270 MPa和300 MPa等強(qiáng)度級(jí)別。烘烤硬化BH鋼根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，可分為冷軋普板、電鍍鋅和熱鍍鋅三大類產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)新一代轎車的外板多采用電鍍鋅烘烤硬化鋼板，屈服強(qiáng)度的級(jí)別主要是180 MPa和220 MPa。
雙相DP鋼一般用于高強(qiáng)度、高抗碰撞吸收能力且成形要求也較嚴(yán)格的汽車零件，如車輪、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)及其加強(qiáng)件等，隨著鋼種性能和成型技術(shù)的進(jìn)步，雙相DP鋼也被用在汽車的內(nèi)外板上。
TRIP高強(qiáng)鋼由于其組織中存在的殘余奧氏體在應(yīng)力應(yīng)變作用下向馬氏體轉(zhuǎn)變而誘發(fā)的相變塑性，具有較好的成型性和很強(qiáng)的吸收碰撞沖擊能量能力，主要應(yīng)用于要求高的強(qiáng)度、又必須拉延成形的汽車部件，如車門門框、邊柱等。
在冷軋高強(qiáng)度鋼板的實(shí)際應(yīng)用中，日本發(fā)展最快，其中汽車外板σb≥400 MPa，車門和頂蓋為σb＝340~370 MPa，汽車內(nèi)板σb＝400~600 MPa，汽車構(gòu)件σb＝350~510 MPa，汽車門框σb≥800 MPa。
4．3涂鍍層鋼板
為了達(dá)到優(yōu)良的耐腐蝕性能，汽車板廣泛使用了鍍鋅板，鍍鋅板的生產(chǎn)工藝主要有熱鍍鋅板（GI）和電鍍鋅板（EG）。
在鍍鋅鋼板的應(yīng)用中，不同地區(qū)、廠家有著各自的使用習(xí)慣。對(duì)于汽車外板，日本主要使用GA板（鋅鐵合金鍍層板），美國(guó)主要使用EG板和GA板，法國(guó)、意大利、瑞典及比利時(shí)等國(guó)主要使用GI板。對(duì)于汽車內(nèi)板，日本主要使用GA板，歐洲主要使用GI和EG板，美國(guó)主要使用GA板。
近年來(lái)隨著熱鍍鋅技術(shù)的發(fā)展，熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量（尤其是表面質(zhì)量）不斷提高，熱鍍鋅產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，并且由于熱鍍鋅產(chǎn)品成本上具有的優(yōu)勢(shì)（比電鍍鋅產(chǎn)品便宜10%～20％），目前在一些場(chǎng)合已有替代電鍍鋅產(chǎn)品的趨勢(shì)。
4．4特殊鋼板
減振鋼板是由鋼板/樹脂/鋼板組成的復(fù)合鋼板，表層鋼板厚度通常為0.3~1.6mm，中間高分子樹脂采用呈粘彈性的軟樹脂，厚度為0.03~0.15mm。減振鋼板可降低因機(jī)械運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音，種類有：熱塑性樹脂復(fù)合減振鋼板、熱固性樹脂復(fù)合減振鋼板、可焊接的導(dǎo)電型樹脂復(fù)合減振鋼板、高耐熱性減振鋼板。減振鋼板在汽車工業(yè)中首先用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)油盤，油盤不僅要求板材具有良好的成形性，而且要在80~100℃的使用環(huán)境下具有良好的減振性和耐疲勞性。
汽車板表面質(zhì)量根據(jù)要求的不同，可分為表面無(wú)缺陷鋼板（O5）和內(nèi)板（O3），轎車用的冷軋板和鍍鋅板對(duì)其表面質(zhì)量要求極為苛刻，內(nèi)部件要求A級(jí)表面（歐洲新標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于O3或Ⅹ級(jí)表面），外表面覆蓋件要求B級(jí)表面（相目當(dāng)于O5級(jí)或Z級(jí)表面）；同時(shí)對(duì)鋼板的表面粗糙度也有嚴(yán)格的要求，粗糙度一般要求控制在外表面件0.6~1.2μm，內(nèi)表面件0.8~2.0μm。
結(jié)語(yǔ)
注重環(huán)境友好和更加安全將是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，這必然使冷軋汽車板向超深沖性、超高強(qiáng)度、涂鍍層和特殊性方向發(fā)展。
無(wú)間隙原子鋼（IF鋼）的出現(xiàn)，使得工業(yè)化生產(chǎn)超深沖性能的冷軋汽車板成為現(xiàn)實(shí)，降低IF鋼生產(chǎn)成本并進(jìn)一步提高產(chǎn)品等級(jí)是目前IF鋼生產(chǎn)和研究重點(diǎn)方向。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，冷軋高強(qiáng)汽車板的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越高，在保證加工性能的同時(shí)，產(chǎn)品強(qiáng)度也需要進(jìn)行大幅提升，使產(chǎn)品高強(qiáng)化與成形性良好匹配。
涂鍍層鋼板更加適應(yīng)了提高汽車壽命和耐蝕性要求，隨著鍍層性能不斷優(yōu)化，涂鍍層鋼板綜合品質(zhì)進(jìn)一步提升，用量會(huì)迅速增加。
冷軋汽車板生產(chǎn)工藝復(fù)雜、難度大，各道工序間的生產(chǎn)和質(zhì)量條件相互制約。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的冷軋汽車板生產(chǎn)企業(yè)逐步建立、發(fā)展和完善了一貫制生產(chǎn)原則，對(duì)冶煉、連鑄、熱軋、冷軋、退火及涂鍍等涉及的各道工序進(jìn)行統(tǒng)一的生產(chǎn)計(jì)劃和質(zhì)量管理，為優(yōu)質(zhì)冷軋汽車板生產(chǎn)提供了先進(jìn)的工藝技術(shù)及管理支撐。
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