・综合论述・
王先进 茹 铮 马衍伟
(北京科技大学)
摘 要 介绍了我国汽车用钢板的生产现状，并就我国汽车板生产存在的问题进行了分析。最后着重论述了我国超深冲IF钢的研究进展。
关键词 汽车 热轧板 冷轧板 镀层板 高强板
PRESENT OF AUTOMOTIVE SHEET PRODUCTION
AND PROGRESS IN RESEARCH WORK IN CHINA
WANG Xianjin RU Zheng M A Yanw ei
(U niversity of Science and Technolog y Beijing)
ABSTRACT The pr esent status of autom obile industry in China and its demand for steel sheets are introduced briefly.The prog ress in research w ork of IF steels in China including further improvement o n -value thr ough tex ture and pr ecipitation co ntrol is emphatically narrated.
KEY WORDS autom obile,ho t ro lled steel sheet,cold rolled steel sheet,coated steel sheet, high streng th steel sheet
1 前言
根据《汽车工业“九五”规划纲要》，至2000年我国汽车产量为270万辆，其中轿车130万辆。经预测共需钢板218万t，其中热轧钢板90万t，冷轧钢板128万t。至2010年，我国汽车产量为600万辆，其中轿车400万辆，共需钢板410万t。因此，我国必须大力提高汽车钢板产量，以满足汽车工业发展的需要。
1996年我国钢产量超过1亿t，成为产钢大国。但是我国目前的汽车板产量和质量还不能满足汽车工业的需求，随着汽车产量的不断增加，此缺口还会加大。1996年我国汽车工业共需汽车板125万t，其中热轧钢板44.85万t，全部由国内提供，国内生产冷轧钢板63万t，其余约17万t冷轧钢板和镀层板由国外进口钢板提供，主要是用于生产轿车的高品质钢板。
我国钢铁工业和汽车工业相互合作，经过多年努力，目前对中型卡车的用材基本可以满足，但轻型车特
别是轿车用钢板的问题较多。这是因为后者对钢材品种、质量和规格等方面提出了更高更新的要求。尽管1996年我国钢产量居世界第一位，但是在钢材品种、质量和规格等方面远远不能满足引进轿车的要求。
2 国内汽车用钢板的生产现状
2.1 热轧板
热轧板主要用于制造汽车车架纵梁、横梁、刹车盘和车轮等受力零件，中卡和轻卡每车分别耗用600kg和350kg。到2000年我国汽车工业各种车型将需热轧钢板约70万t，其中汽车大梁板57万t，车轮用钢5.5万t，桥壳钢9万t[2]。
(1)汽车大梁用钢板
目前，我国汽车大梁的生产主要分钛钢系列、铌
第33卷 第10期
1998年10月I RON A N D ST EEL V ol.33,N o.10 O ctober1998
联系人：王先进，教授，北京(100083)北京科技大学压力加工系
钢系列和16M nL、09SiV等，牌号很多[2]，强度级别主要为370M Pa和510M Pa两种，品种不全。另外，受轧机能力的限制，批量供应小于3mm的高强度钢板也有困难。在双相钢的开发上，武钢和宝钢分别开发了RS50和B490两个490M Pa级F+B双相钢板，成功地应用于切诺基车轮的生产，现在一汽正在用此材料试制大梁，效果很好。
(2)车轮用钢板
车轮用钢分轮辐和轮辋用钢板，要求钢板应具有严格的尺寸公差，较好的表面质量，良好的成型、疲劳和焊接等性能。中型载重车、轻型载重车、面包车和轿车每车车轮用钢分别为300、123、55、52kg。
根据国内汽车工业，特别是引进轿车和轻型车车轮用钢板的需要，宝钢和武钢分别开发了几种车轮用钢板。在品种、质量和数量上基本可以满足汽车生产的需要，但与国外比仍有差距，如桑塔纳轿车车轮用的轮辐板要求尺寸公差为(4.95+0.15)mm，国外生产的热轧钢板可以达到，国内的钢板公差只能作到(5.0+0.20)m m。在表面质量上，汽车厂要求车轮用钢板以配洗涂油的方式供货，但宝钢和武钢的酸洗能力有限，暂时无法解决。
(3)桥壳用钢板
我国目前尚没有专用的桥壳用钢板，这一品种在国内尚处于空白状态。宝钢和武钢正在试制该品种钢板，
其中部分产品已进入试生产阶段(如BQK440)，试用情况良好。产品的规格、尺寸精度、表面质量及成型、焊接等各方面性能均能满足桥壳制造要求。
2.2 冷轧薄板
(1)低碳深冲钢板
冷轧深冲钢板是汽车工业使用时间最长，也是用量最多的品种。目前，我国汽车用深冲板的产品大体分为两大类：一类是我国独立开发的按标准GB5213—85组织生产的以08AlZF、HF、F级为代表的铝镇静钢深冲钢；另一类是按引进专利生产的St14和SPCEN系列。其可以满足汽车工业的部分需要，特别是对卡车的供应没有大的问题，但是大量用于轿车还需做工作。主要的问题是性能不稳定，表面质量难于满足轿车的要求，无缺陷表面的O5板成品率低，普通表面板的划伤、锈蚀、残留碳也较多。我国也已开发了微碳的新型深冲钢，并已投产。宝钢有St15钢，武钢有03Al钢，但是目前尚处于试生产阶段，还不能完全替代St14和08Al钢。
表1是我国08Al钢与日本SPCEN钢成型性能的比较[1]。从中看出，国外产品特点是各项指标的均衡性好，而我国的08Al系列钢在综合性能上有一定差距，从而造成了整体水平差距。
表1 我国08A l钢与日本SPCEN钢成型性能比较
T a ble1 Co mpar iso n o f mechanical pro perties o f08A l
pro duced by China and SPCEN pr oduced by Japan
钢种 s/M Pa b/M Pa s/ b /%n r r
K08AlZF1403150.45420.251 1.10.035
08AlZF1803050.59440.204 1.760.56
S PCEN1653150.52500.255 1.710.38 注: s为屈服强度; b为抗拉强度; s/ b为屈强比; 为伸长率; n为加工硬化指数;r为塑性应变比。
(2)宽面冷轧薄板、O5板
宽面冷轧薄板主要用于冲制各类汽车车体的顶盖和底板等零件，以裸板或作为电镀和热镀锌的基板使用，要求具有优良的深冲性能。O5板要求钢板表面无任何缺陷，并具有不影响优质涂漆电镀的外观。这些钢板目前国内生产还有难度，还要开展科研工作和技术攻关加以解决。而且各汽车厂家由于生产的汽车品种和车型不同，所用钢板板面宽度亦不同。在现有车型中，最宽板面的规格范围：厚度(t)= 0.7～1.5mm，宽度(w)=1625～1950mm，钢板表面质量要求达到O5板的要求。一汽的奥迪和东风的富康ZX
轿车[3]的顶盖和底板都需宽度在1700 m m以上的冷轧宽面板作电镀锌和热镀锌板的基板；捷达和小红旗轿车的外表零件(如侧围外板、门外板)等需要O5冷轧板。
北京吉普切诺基冷轧深冲钢板的厚度范围为0.8～3.0m m，宽度范围为685～1650mm，实际使用的材料有宝钢St14钢板、进口板。进口板主要有：冷轧宽面板和深冲性能要求较高的冷轧板，用于冲制切诺基顶盖(0.8mm×1550mm×2300mm)、切诺基前后低板(0.8mm×1650m m×c)和机油盘等零件[4]。
天津夏利冷轧深冲板主要靠从日本进口，仅厚度在0.9m m以上的使用宝钢的St14钢。宝钢St14钢占冷轧深冲薄板的12%。用于内部小件的普通冷轧薄板主要以08Al钢为主[5]。
宝钢从1990年开始试生产O5板，并在上海大众汽车公司投入使用。1996年宝钢又向一汽提供了O5板用于生产小红旗轿车(CA7220)。但是宝钢O5板合格率只有60%，至于O5表面的镀锌钢板，生产难度更大，尚须采取有力措施，加以攻关解决。汽车桥壳
(3)超深冲IF钢板
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钢 铁
IF钢是第三代汽车用深冲钢。我国宝钢、武钢与北科大合作开发出IF钢，并已投入批量生产。宝钢开发了IF钢的系列产品,T i-IF钢的性能达到DDQ、EDDQ级的水平，可满足大部分难冲件的要求。以钛为主复合添加微量铌的(Ti+N b)-IF钢，在钢质纯净和高温退火的条件下性能可达到S-EDDQ 级的水平，并可被用于深冲电镀锌和深冲热镀锌的基板。宝钢生产的IF钢在一汽、东风和北内用于制作载重车难冲压件如侧围外板、翼子板、油底壳等，使用情况良好。目前宝钢正在试制用于轿车外覆盖件的IF钢冷轧板。
我国生产的IF钢的碳含量一般在0.003%～0.005%,r-值在2.0左右。但是由于IF钢对技术、设备条件要求比较高，目前生产难度比较大，性能也不稳定。主要问题是：冶炼成分不稳定；没有专用的保护渣等而造成冶炼后的增碳；轧机能力不足，部分规格产品的压下量不够；目前较多采用罩式退火的方法进行生产，并且是氢氮式退火，这不是生产IF 钢的最佳方法；还有技术掌握、工人操作、生产管理等方面的问题。当务之急是加快IF钢的冶金技术研究和设备改造步伐，尽早形成稳定的规模化生产IF 钢及其系列品种的局面。
2.3 镀层板
为了确保轿车有足够的抗腐蚀性能，如5～10年的耐蚀目标，轿车车体大量使用各类镀层板，主要包括热镀锌钢板、电镀锌钢板和有机涂层钢板，它们主要用来制造轿车的外板和内板，每车用量最高的达58
0kg，占整车钢板用量约70%。
2000年我国汽车工业镀锌钢板的需求量见表2。国内薄板镀锌机组多达14套，但改良型的森吉米尔连续热镀锌机组只有两套，武钢能力为17万t/a，宝钢能力为35万t/a；电镀锌机组仅有宝钢一套，能力为15万t/a[6]。在镀锌钢板品种方面，单面热镀锌钢板尚属空白，宝钢只能生产50g/m2以下电镀锌窄板和22g/m2的宽面电镀锌板，而汽车用镀锌钢板大部分要求每面镀锌层重50～100g/m2；另外，高强度热镀锌板( b>340M Pa)、超深冲镀锌板以及宽幅(>1850mm)热镀锌钢板也不能生产，无锌花、小锌花热镀锌板还处于研制阶段。上述国内无法生产的品种只能依靠进口。
2.4 高强钢板
为了减轻车重和提高安全性，近年来，汽车用钢板向高强度化发展成为一种趋势。其中有加磷钢板、低合金钢板、双相钢、BH钢板等，后两种钢板我国
表2 2000年我国汽车工业镀锌钢板的需求量
T able2 T he to tal demand for co ated steel sheets
in China by the y ear2000
产品种类需求量/万t
单面热镀锌钢板7.0
双面热镀锌钢板16.0
单面电镀锌钢板7.2
双面电镀锌钢板7.5
正在开发中。
国内于80年代初开始研制与开发加磷钢板。鞍钢、武钢与宝钢都有系列的加磷钢板正式生产供应。国内各主要汽车厂家已经正式采用加磷钢板制造汽车车身零件，取得了显著的经济效益，一汽在CA1091载重汽车上每车已经使用加磷钢板67kg，按年产10万辆车计，每年用加磷钢板6700t，可以节约钢材约670t，降低钢材费用约150万元。
高强度系列汽车板中,440MPa冷轧深冲高强钢板以及大于490～690M Pa级高级别冷轧钢板尚不能生产,780～980MPa级高强钢板国内尚属空白。目前国内只能生产370M Pa级含磷钢板,490级高强钢板尚处于研制阶段。为进一步满足国内汽车板的需求，宝钢、武钢都计划在“九五”期间开发完善并形成系列，同时试制以超低碳钢为基础的高强度深冲钢板。
综上所述，在汽车用钢板生产方面，我国现有水平与国外先进水平相比差距很大，具体总结如下。
(1)钢板产量无法满足汽车工业的需求。目前汽车生产所用的钢板仍主要依赖进口。1993年全国生产冷轧薄钢板382万t，供汽车工业用冷轧薄钢板仅为42.4万t。其中，宝钢冷轧薄钢板产量为210万t，供汽车工业用量为19.2万t；武钢产量为104.2万t，供汽车工业用量为9.4万t，鞍钢产量为67.8万t，供汽车工业用量为13.8万t。1993年进口冷轧钢板为278万t。最新统计,1996年国内共生产汽车用冷轧钢板63万t。总之，国产冷轧薄钢板数量远远满足不了汽车工业需要。
(2)钢板品种和规格达不到引进轿车的要求。能够自行生产的汽车用钢板品种只能达到需求的1/3，特别是从国外引进轿车生产线的多样化，使得这一矛盾更为突出。
(3)钢板质量稳定性差，主要表现在力学性能和成型性能的均匀和稳定性差，以及表面质量差。
3 国内汽车板研究的进展情况
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3.1 IF 钢品种系列的开发及其性能
面临国际汽车薄板的发展形式和国内的市场需要，从1989年以来，北京科技大学先后同宝钢和武钢合作研制超低碳薄板系列，至今已成功地生产出
IF 钢和热镀锌IF 钢板，其它产品如超深冲高强钢板、热轧拉延板和深冲板、烘烤硬化板等也已在实验室研制成功。表3是北科大在实验室研制开发的钢种系列的性能。
表3 北京科技大学研制开发的钢种系列的性能
T a ble 3 M echanical pro per ties o f U L C steel sheet series developed by U ST B
品种EDDQ IF
IF HS S
HG IF
HG IF HSS
ULC BH
HR DDQ IF
HR DQ IF
性能
r >2.0 s =220～230MPa r ≥1.5r =1.8～2.2r =1.9～2.1r =1.3～1.75 >45% s / b <0.5 b =355～370M Pa n ≥0.22n =0.23～0.25BH >30n =0.23～0.26BTT =-70℃n ≥0.25 >36% ≥42% =41%～45%AI =23MPa
=47%～54%AI <30MPa ≥50%
r >1.8,n >0.20
s <215M Pa s =160～230M Pa s =89～112M Pa s <215MPa b <350MPa
b =340～410MPa b =252～277MPa
b <350MPa 完成时间
1992-081994-091996-031996-03
1994-031995-03
1997-03
注:A I 为时效指数;BT T 为脆性转变温度。
3.2 IF 钢获得极高r 值的织构控制法
[7]
在目前所开发的深冲钢板中,IF 钢的深冲性能最好，通常IF 钢的r 值在1.8到2.5之间。但是，近年来汽车部件正朝着“整体车形”的方向发展，也就是由以往几个冲压件焊接起来的产品朝着整体冲压成型的方向发展，所以迫切需要开发更高成型性级别的IF 钢(如r >2.5)。另外，对于高强IF 钢，由于磷、锰、硅等元素的加入使得成型性受到损害、r 值降低，所以更有必要改善高强IF 钢的r 值。为了进一步提高IF 钢的r 值，北京科技大学王先进等人发明了一种新的工艺方法，即C-W 法。该方法是在冷轧之前获得强的 织构和弱的 织构，通过{111}织构的遗传性在最终产品中获得极强的{111}织构和极高的r 值。
C-W 法与传统工艺的区别在于新工艺增加了织构预处理过程，如图1
所示。
图1 C-W 法与传统工艺的区别F ig.1 Co mpariso n betw een C-W method and
conventional pr ocess
与传统工艺相比，新工艺使IF 钢的r 值大幅度提高。经传统工艺处理的钢板的r 值为2.40，经新工艺处理后r 值为3.25(提高了0.85)，这是世界上对深冲钢所报道过的最高r 值。与传统工艺相比，新工艺下获得了极其强烈与纯粹的{111}织构，这也是
新工艺使r 值得以大幅度提高的原因。经进一步分析，两种工艺下退火织构的显著差别是由于两种情况下冷轧织构截然不同所致。传统工艺下的冷轧织构是由 纤维织构和 纤维织构组成，而新工艺下的冷轧织构仅由 纤维织构组成。
上述研究表明，退火织构与退火前形变母体的组织状态密切相关，冷轧组织中{111}组分愈强，则退火后{111}织构愈强。C -W 法的核心是提供一个有利于{111}退火织构形成和发展的冷轧母体。C-W 法获得的退火织构为非常强烈纯粹的{111}织构，所以通过C -W 法可以获得极高的r 值。3.3 二相粒子规律的研究
(1)热轧过程中二相粒子析出规律的研究
[8]
热轧过程是Ti -IF 钢冷轧汽车薄板生产过程中一个非常重要的环节，它将直接影响热轧带的微观组织以及最终的产品性能。关于热轧过程中二相粒子析出规律的研究近年已经有了许多成果发表，但他们的观察和分析大多都是基于在静态或者平衡态试验条件下的。然而实际热轧过程与平衡态试验条件有较大差别，所以关于实际热轧过程中二相粒子的析出规律尚不十分清楚。基于以上状况，为了解决高速、大变形、多道次IF 钢热轧过程给热模拟带来的困难，在热模拟的试样外形设计上以及在热模拟机上的装卡方式上进行了较大改进，从而实现了对IF 钢热轧过程的成功模拟。并在此基础上，运用透射电子显微技术对不同热轧工艺条件下二相粒子的析出规律进行了系统研究。在研究中发现了一些新现象，如细小应变诱导的T iC 析出现象。
(2)退火过程中二相粒子析出规律的研究[9]
TiN 、TiS 、T i 4(CS)2在退火过程中变化不大。
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71・钢 铁
其粒度、数量、形状与热轧态相比基本一致，其分布都呈弥散、随机状。部分粗大粒子经冷轧被破碎，
另外一些在板坯再加热阶段析出的规则形状粒子残存至退火完成。
T iC 在经过罩式退火、连续退火后，其粒度变大，呈聚集长大的态势；经连续退火的IF 钢中T iC 粒子沿晶界分布的现象较为明显，而经罩式退火后,TiC 粒子分布较弥散。退火温度在决定TiC 粒子尺寸上占主要作用。
不论卷取温度的高低，普通成分T i-IF 钢和Ti+Nb-IF 钢(低磷、低锰含量)在热轧卷取后都不
存在FeT iP 、(T i ,M n )S 相,IF 钢经过冷轧、罩式退火后均析出这两种粒子，然而,IF 钢经连续退火处理却不析出这两种粒子。FeT iP 、(Ti,Mn)S 粒子都为单一、均匀的相,FeT iP 相原子比为34∶33∶33，与Fe 2P 类似，是六方晶系结构;(Ti ,Mn )S 的原子比为45∶10∶45。
FeTiP 粒子在再结晶形核阶段开始析出，随着温度的上升、再结晶的进行,FeT iP 粒子继续析出、并聚集长大，在710℃时FeTiP 粒子最多，随着温度继续上升,FeT iP 粒子有一部分重新溶解，其数量减少;FeTiP 在罩式退火中析出，并易沿晶界分布，这对形核晶粒的长大、再结晶织构的形成有害。
(3)高强IF 钢析出物的特征[10]
高强IF 钢由于磷的加入使其析出物的种类、分布发生了根本变化。在IF 钢中，析出物主要是T iS 、Ti (N ,C )等，且这些析出物较粗大，对性能影响很小；而在高强IF 钢中，除上述析出物外，在卷取过程中
还有TiFeP 相析出，这些细小的析出物对退火过程中有利织构的优先形核长大不利，导致了{111}取向织构减弱,{100}取向密度增加，这是高强IF 钢r
值比IF 钢低的根本原因。4 结语
针对我国汽车用钢板生产和需求现状，对我国汽车用钢板的发展提出如下建议。
(1)我国汽车用钢板经过几十年的艰苦努力，有了长足的发展，解决了从无到有的问题，特别是生产载重卡车所需的热轧钢板和一般冷轧钢板，除了宽度在1800mm 左右的冷轧钢板国内生产有困难外，其它在品种、质量、规格和数量上都能满足汽车工业的需求。另一方面，引进轿车所需的钢板尚要大量进口，特别是冷轧薄板、含磷钢板、IF 钢板、BH 钢板和镀锌板。
(2)引进车型的种类繁多导致了对材料需求的多样化，增加了汽车用钢板的国产化难度。应该加强汽车厂与钢铁厂之间的合作，增加等效替代的比例；加强研制和开发汽车用钢板的力度，减少进口材料的比例，逐步使多国材料转变为国产材料。(3)现代汽车用钢板技术发展很快，对设备要求越来越高，而我国设备的更新相对较慢，主要是技术革新、设备改造的投入不够。另外也有管理、人员素质差等问题。
(4)在引进汽车用钢板国产化的进程中，应注重材料的基础研究，建议国家组织有钢厂、汽车厂和科研院校三方参加的联合攻关，大力协作，以期早日实现轿车国产化。
(5)近年来，复合减震钢板和激光拼焊钢板等在国外发展很快，因此必须加快这些新品种的开发。康永林和唐荻教授为本文作者提供了许多资料，并对本文进行过深入和有建设性的讨论，借此表示衷心感谢。
参 考 文 献
1 殷瑞钰.钢的质量现代进展.北京：冶金工业出版社,1995.
2 钢铁研究总院合金钢部.我国汽车用热轧板的生产概况和展望.中国汽车材料学会96第10届年会,1996.3 冷启明.富康ZX 轿车材料国产化问题及对策.中国汽车材料学会96第10届年会,1996.
4 北京吉普汽车有限公司.切诺基钢材使用现状及国产化.中国汽车材料学会96第10届年会,1996.5 董月厚.天津夏利车身用钢板的现状与需求.中国汽车材料学会96第10届年会,1996.6 黄建中.汽车用涂镀层钢板的现状与发展.中国汽车材料学会96第10届年会,1996.
7 Cui D L ,W ang X J .O btaining V er y Str ong {111}R ecr ysta llizatio n T ext ur e in I F Steel .Int .Fo rum for Physical M etallur gy of I F Steels .ISIJ .T o ky o :ISIJ .M ay 10～11,1994.67～70.8 焦书军.利用热模拟技术研究T i -IF 钢热轧过程中二相粒子析出规律(博士学位论文).北京：北京科技大学,
1997.
9 石 京.I F 钢罩式退火工艺优化及再结晶织构研究(博士学位论文).北京：北京科技大学,1998.
10 王作成.冶金因素对超低碳高强度IF 钢组织及性能影响的研究(博士学位论文).北京：北京科技大学,1994.
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