1.2 安全性及輕量化應(yīng)用材料
日本汽車材料開(kāi)發(fā)應(yīng)用的另一特點(diǎn)是從汽車安全性及輕量化方面充分考慮使用高強(qiáng)度材料。汽車用鋼板材料主要是通過(guò)提高鋼板抗拉強(qiáng)度來(lái)降低鋼板厚度，進(jìn)而達(dá)到在滿足汽車車身所需剛性變形條件下，最大限度減輕鋼板質(zhì)量。日本20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究高強(qiáng)度鋼板，抗拉強(qiáng)度逐步提高，提高到1180MPa，最新開(kāi)發(fā)的熱沖壓材料最大Rm,值可達(dá)1600MPa。以下介紹兩種日本開(kāi)發(fā)的代表性高強(qiáng)度材料。
1.2.1 汽車用高強(qiáng)度材料
1.2.1.1使用對(duì)象及變化
高強(qiáng)度鋼材使用對(duì)象分為兩部分，一部分是汽車車身、減振及車輪用部件，另一部分是底盤和排氣系統(tǒng)。如：需要具備防碰撞功能的零件，汽車門內(nèi)防撞梁，汽車前后保險(xiǎn)杠防撞板，車身A柱,B柱，發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁，儀表板支架，門檻加強(qiáng)板，汽車座椅骨架等車身部件；車輪輪輻和輪輞高強(qiáng)度鋼板；高強(qiáng)度彈簧、高碳傳動(dòng)軸管、高強(qiáng)度發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓等。汽車結(jié)構(gòu)件用各種特殊鋼強(qiáng)度一般都達(dá)到1000MPa，如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向扭桿等。圖1列出日本高強(qiáng)度材料到2014年前的發(fā)展及使用預(yù)測(cè)。到2014年高強(qiáng)度鋼材使用比例將從目前的40%多提高到60%。高強(qiáng)度材料采用比例急劇增加、汽車材料高強(qiáng)度化將成為汽車發(fā)展的重要特征。
1.2.1.2使用狀況
汽車高強(qiáng)度材料的開(kāi)發(fā)始于1980年，由于第二次世界石油危機(jī)后美國(guó)頒布CAFe法規(guī)，開(kāi)始限制燃油標(biāo)準(zhǔn)，日本也于1979年制一定了燃油目標(biāo)公示值標(biāo)準(zhǔn)，由此開(kāi)始了一般高強(qiáng)度材料、IF-BH鋼高強(qiáng)度材料以及HOT-DP熱一軋支撐框架類用高強(qiáng)度材料和HOT-TRIP高強(qiáng)度支架用熱軋材料的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代開(kāi)始，美國(guó)公布了PNGV大氣凈化法規(guī)，日本在1993年也提出了新的燃油標(biāo)準(zhǔn)和防碰撞安全試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，使得高強(qiáng)度鋼板、能有效吸收碰撞能量材料等相繼開(kāi)發(fā)使用。2000年在日本京都召開(kāi)了地球溫暖問(wèn)題會(huì)議，就防止地球溫暖化發(fā)表了京都會(huì)議宣言。從此，高強(qiáng)度材料的應(yīng)用開(kāi)始迅速普及。
從高強(qiáng)度材料使用預(yù)測(cè)來(lái)看，高強(qiáng)度材料分為340~390、390~440、440~540、590MPa以上、780MPa以上、980MPa以上6個(gè)等級(jí)。
按強(qiáng)度等級(jí)分類，主要汽車零部件使用材料強(qiáng)度如下。
340390MPa車身用鋼板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板、行李箱內(nèi)板、輪罩板、車門板、水箱外板等。
390～440MPa發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板、行李箱外板、翼子板、前底板、門檻加強(qiáng)板等。
590MPa級(jí)：發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、門框加強(qiáng)板、中底板加強(qiáng)板、底板加強(qiáng)梁、輪輻等。
780MPa級(jí)：轉(zhuǎn)向支架、輪輞、后上門框加強(qiáng)板等。
980MPa級(jí)：門內(nèi)板防撞梁、汽車座椅骨架、保險(xiǎn)杠防撞梁等。
今后，汽車高強(qiáng)度材料使用主要是向高性能、高強(qiáng)度材料發(fā)展，進(jìn)一步滿足輕量化要求，提高抗沖擊性能，同時(shí)進(jìn)一步提高工藝加工性能。
主要開(kāi)發(fā)材料特征如下。
a.BH鋼板應(yīng)用開(kāi)發(fā)。主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩板，具有高強(qiáng)度、耐熱性能。
b:高強(qiáng)度DP、TRIP鋼。使用強(qiáng)度在780MPa以上材料，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)支撐梁等。
c.高強(qiáng)度鋼板。強(qiáng)度為980~1180MPa的材料，主要應(yīng)用在汽車保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁等。
d.高強(qiáng)度熱軋鋼板。較厚鋼板一般采用熱軋材料，廣泛使用的熱軋鋼板強(qiáng)度值在440MPa以下。日本開(kāi)發(fā)的熱軋鋼板強(qiáng)度為590;780MPa的材料將愈來(lái)愈多使用在加強(qiáng)梁等部件中。
e.輪輻、輪輞用高強(qiáng)度材料。目前，輪輻材料強(qiáng)度一般在370-440MPa;輪輞材料強(qiáng)度在440-590MPa。今后，輪輻將更多采用590MPa以上材料，輪輞采用780MPa以上材料。
熱軋材料一般較重，強(qiáng)度提高對(duì)減輕質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)汽車輕量化有明顯效果。如車輪鋼材，輪輻材料強(qiáng)度如果從370MPa提高到590MPa，相對(duì)質(zhì)量可減輕19%；輪輞材料強(qiáng)度從440MPa提高到780MPa，材料質(zhì)量可減輕16%.
1.2.2 高溫?zé)釠_壓成形鋼板
高溫?zé)釠_壓成形鋼板是新日本鋼鐵株式會(huì)社和歐洲ARCELOR共同開(kāi)發(fā)的超高強(qiáng)度材料，強(qiáng)度值可達(dá)到1600MPa，目前在歐美和日本主要汽車制造企業(yè)開(kāi)始使用。
1.2.2.1使用對(duì)象和目的
超高強(qiáng)度鋼板使用對(duì)象主要為防撞零件，如車門防撞桿、保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁,A柱,B柱、門框加強(qiáng)梁等。防撞零件一般要求強(qiáng)度較高，日本和歐洲開(kāi)發(fā)的超高強(qiáng)度鋼板彌補(bǔ)了這一缺欠。
1.2.2.2特征
鋼板強(qiáng)度提高后，面臨鋼板沖壓性能較差和回彈度增大兩個(gè)問(wèn)題。
超高強(qiáng)度鋼板加工方法如下:
鋼板→加熱（加熱爐停留5min）→加熱鋼板(900~950℃、200MPa以下）→沖壓（在沖壓機(jī)中模具內(nèi)實(shí)現(xiàn)淬火處理）→拋丸處理（去除氧化皮）→成品（1600MPa）。
為減少熱軋鋼板熱加工易生成氧化皮阿題，在超高強(qiáng)度鋼板表面上進(jìn)行鍍鋁處理，即形成超高強(qiáng)度鍍鋁鋼板。
日本開(kāi)發(fā)的超高強(qiáng)度鋼板有以下特點(diǎn)。
a.在高溫環(huán)境下質(zhì)地柔軟，拉深成形良好，保持預(yù)訂形狀無(wú)回彈，成形后殘余應(yīng)力較小。
b.可在保持良好成形性的同時(shí)生產(chǎn)各種強(qiáng)度級(jí)別的鋼板（通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分）。
c.可一次成形，成形負(fù)荷較低。熱沖壓（成形非常柔軟）廠在300t左右沖壓機(jī)上；980MPa以上的鋼板成形在2000-3000t沖壓機(jī)上。
1.2.2.3主要性能
a.可獲得極高強(qiáng)度材料。熱沖壓材料強(qiáng)度可以達(dá)到1600MPa。該強(qiáng)度下材料可以保持良好的淬透。
b，淬火前后機(jī)械特性明顯，日本某公司實(shí)際測(cè)定特性值.如表3。
c.可保持良好的韌性，沖擊韌度達(dá)到80J/cm2（溫度在0100℃），低溫脆性也較好。
d.經(jīng)過(guò)鍍鋁處理的超高強(qiáng)度鋼板耐腐蝕性非常好，并適合于涂裝加工，其中耐腐蝕性能優(yōu)于GA板。
e.焊接性能較好，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)焊接，焊接部位強(qiáng)度穩(wěn)定。
1.2.2.4今后課題（對(duì)于裸材超高強(qiáng)度鋼板）
熱沖壓鋼板在使用時(shí)存在以下問(wèn)題。
a.熱沖壓成形容易因脫碳導(dǎo)致鋼板強(qiáng)度降低、強(qiáng)度不勻，并在鋼板表面產(chǎn)生氧化皮。該氧化皮易附著于模具上， 進(jìn)而附著在鋼板表面。
b.使用拋丸處理也可能殘留氧化皮和造成殘留應(yīng)力。
c.需要后鍍膜等，在需要耐腐蝕性較高部位進(jìn)行再處理。
由于以上原因，目前在使用超高強(qiáng)度鋼板時(shí)一般使用熱沖壓成形鍍鋁鋼板。
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