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武鋼高強汽車用鋼板開發研究論文
隨著排放和碰撞安全法規的日益嚴格，以及消費理念的變化，對汽車燃油經濟性和安全性的要求也越來越高，在汽車輕量化制造的同時提高安全性成為汽車工業發展的必然趨勢。國際鋼協“世界汽車用鋼聯盟”項目未來鋼制汽車FSV計劃的研究結果表明，在不增加生產成本的前提下，通過大量使用先進高強鋼(97%的HSS和AHSS應用比例)和先進制造技術，可以在滿足碰撞安全要求的同時，較標桿車實現35%的白車身減重。FSV項目體現了鋼鐵產品持續不斷的輕量化潛力。鋼鐵材料占汽車質量的70 %~80 %開發高強度鋼板，提高高強鋼應用比例，可以有效減輕車身質量。
武鋼是國內的主要汽車用鋼板供應商，根據汽車各部位零件的特點，開發出系列高強度汽車鋼板，可滿足汽車整車制造需要。同時，武鋼近年著力開發先進制造技術，加強先期介入EVI技術服務能力建設，強化與用戶的技術溝通與技術支持，促進汽車和鋼鐵工業的共同進步。
高強度IF鋼和烘烤硬化BH鋼主要用于制造車身覆蓋件。這2個鋼種兼具高強度和高深沖性能的優點，可以沖壓成復雜的汽車覆蓋零件。用于替代傳統深沖IF鋼時，可以減薄零件厚度，減輕零件質量;同時，由于其屈服強度較高，特別是BH鋼，在零件烘烤硬化后屈服強度可以增加40 MPa左右，提高了外板件的抗凹陷性。
BH鋼控制和利用鐵素體基體的自由碳原子，在烘烤過程碳原子重新固定在沖壓塑性變形過程產生的位錯里，從而提高屈服強度。因此，BH鋼具有時效性，需要在出廠后的3個月內使用，這對汽車廠的物流和沖壓生產控制能力提出較高要求。目前國內BH鋼主要用于高檔轎車的面板，以180 MPa和220 MPa級熱鍍鋅鋼板為主。
2車身安全結構件用高強鋼
車身碰撞安全設計的基本思想是，前倉和后倉部分相對于乘員區較軟，在發生碰撞時盡可能地在前后倉產生塑性變形以吸收撞擊能量;為保證乘員安全，乘員區應盡可能地減少變形，確保有效生存空間。從材料的角度，體現在提高材料屈服強度、增加零件的剛度;低的屈強比(高應變強化能力)和高的伸長率則有利于提高材料拉伸曲線的下陰影面積，從而提高能量吸收能力。
2. 1普通梁桿類結構件用高強鋼
高強度低合金HSLA鋼成分設計時加入了微量的強碳化物形成元素如Nb, V , Ti，組織由鐵素體和珠光體組成，第二相析出物彌散分布，主要依靠析出強化阻礙位錯運動，提高屈服強度。
由于HSLA鋼的成分與組織特點，這類鋼種對生產工藝敏感性不高，生產性能穩定，成本相對較低。HSLA鋼以控制屈服強度為主，屈強比高，相對而言，加工硬化性能較差，疲勞性能好，適合制造對剛度要求較高的結構件和支撐件。在沖壓成形時，回彈量較小，容易控制成形零件精度。用HSLA制造的典型零件包括前后縱梁、門內加強梁、地板橫梁、B柱加強板、頂蓋橫梁、底盤懸掛件等。
2. 2壓潰吸能區用高強鋼
對于壓潰吸能區，要求零件在發生碰撞時，在一定的距離內有比較高的能量吸收能力，因此希望材料曲線下部面積越大越好。體現在材料性能上，要求提高材料強度、加工硬化能力以及伸長率。壓潰區使用的材料通常以抗拉強度表征，強度級別一般不超過780 MPa，典型的鋼種有雙鋼DP鋼、復相鋼、形變誘導塑性TRIP鋼和孿晶誘導塑性TW IP鋼等，這些鋼種稱為先進高強鋼。
2. 3乘員區用超高強鋼
為保證乘員安全，防撞安全零件要求材料具有超高強度(1 000 MPa以上)，以減少侵入位移量。采用超高強度零件可以同時實現2個目標，即減輕零件質量(輕量化)，提高車身安全性能。熱沖壓成形是1種有效的超高強度零件成形工藝，成形零件材料強度可以達到1 300 MPa以上。
熱成形的工藝特點要求熱成形用鋼板在加熱到Ac3溫度以上時，形成奧氏體單相，并在隨后的金屬模具冷卻淬火過程(冷卻速度30℃ /s以上)中，獲得馬氏體單相。因此，熱成形鋼板成分設計時，要求有較高的碳含量，提高馬氏體硬度;同時，碳元素有利于提高淬火性能。為進一步保證保壓淬火時較低冷速下獲得全馬氏體組織，鋼板成分中添加了Mn, Cr, B等元素。微量B元素可替代其它合金元素，大幅提高淬透性，從而減少其它合金含量，在高溫塑性變形時降低材料變形抗力。
武鋼開發的1 300 MPa和1 500 MPa級熱成形鋼，碳含量為0. 20%一0. 23%，室溫下組織為鐵素體滲碳體，抗拉強度約為500MPa，伸長率約26 %。熱成形后獲得全馬氏體組織，實物零件強度達到1 350 MPa以上，同時可獲得4. 5%以上的伸長率。
3武鋼汽車板應用技術研究
車身零件高強化(輕量化)是零件設計、鋼板選材和制造工藝的結合。武鋼在開發生產高品質汽車鋼板的同時，開展汽車用鋼應用技術研究，采用先期介入EVI工作方式，為用戶提供系統的技術支持。
3. 1武鋼汽車板應用數據支持
鋼板性能數據是車身設計過程的重要基礎數據，是零件選材和零件性能評估的基礎。武鋼為滿足用戶需求，形成了從拉伸力學性能、成形極限FLC、高速拉伸曲線、疲勞性能到焊接性能的數據庫系統，為車身剛度、成形性、安全性、疲勞耐久性等CAE評估提供數據支持。HC340 /590DP鋼板的高速拉伸曲線和疲勞曲線。高應變速率下的動態響應性能是車身安全評估的重要依據，武鋼引進了德國Zwick高速拉伸試驗機，采用高速攝像系統測試動態應變，最高測試應變速率可達到1 000 / s，滿足用戶CAE仿真數據需求。
3. 2熱沖壓成形技術
武鋼采用國外引進與自主開發相結合的方法，形成了熱成形鋼板開發、沖壓設備、模具設計等整套技術。武鋼試生產的B柱加強板、保險杠等零件，實物抗拉強度達到1 500 MPa，伸長率達到6%以上，尺寸精度符合裝車要求。
3柔性輥壓成形技術
高強鋼材料強度提高后，沖壓成形性能降低，強度越高越容易開裂。鋼板強度超過1 000 MPa時，傳統的冷沖壓成形方法很難成形，存在鋼板開裂、回彈大、尺寸精度差、模具磨損嚴重等問題。柔性輥壓成形(Flexible Roll Forming)工藝可以生產可變截面的先進高強鋼零件，是目前輥壓成形技術的發展方向。
柔性輥壓成形技術可以成形的超高強鋼典型零件形狀示。柔性輥壓成形機采用計算機控制，機架驅動電機可進行獨立運動，實現零件在深度方向或寬度方向的截面變化。武鋼正和澳大利亞迪肯大學(Deakin University)、德國DataM公司等合作開發高強鋼的柔性輥壓成形技術。
4結語
武鋼己經開發了車身覆蓋件用高強鋼、車身結構件用高強鋼的產品體系，這些產品基本能夠滿足目前我國汽車工業制造的需求，通過了國內各主流汽車公司的材料認證。2013年，武鋼冷軋深沖和高強汽車用鋼產銷量達到140萬t，創下歷史新高。車身輕量化制造和安全性要求提高的發展趨勢，對高強汽車用鋼提出了更高的要求。武鋼正通過不斷的技術創新，開發生產新的高強度汽車用鋼產品。同時，進一步加強先進高強鋼應用技術的研究，通過先期介入工作模式，為車身輕量化選材與零件先進制造提供支持。
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