201某年汽车用钢论坛总结
201某年汽车用钢论坛总结
汽车轻量化材料迎接新挑战
201某-12-1810:40来源：中国质量报
“201某年是汽车关键轻量化技术开发与整车的集成应用项目执行期的最后1年，一些汽车轻量化的关键技术有望进行推广应用。”日前，国家汽车轻量化技术创新战略联盟，召开了国家“十二五”科技支撑计划“汽车关键轻量化技术开发与整车的集成应用”项目推进会。与会人士透露，目前，我国已基本突破车身轻量化设计技术与评价方法、超高强度钢零件冲压热成形技术、高强度钢零件先进成形技术、纤维增强塑料模块化设计与应用技术、形变铝合金零件开发和以整车减重为目标的多种轻量化技术集成应用等汽车轻量化关键技术。
新型材料不断涌现
国家汽车轻量化技术创新战略联盟副秘书长王智文认为，汽车并不是车越重越安全。即使汽车上使用很轻的材料，如果采取高强度的加工工艺，也能达到弹性非常好的效果，也就越安全。近几十年，汽车用钢板越来越薄，钢材强度和耐腐蚀性能也大幅增强。汽车的车身都是由不同强度的钢板拼焊在一起的，不同强
度等级的钢板用于受力环境不同的位置。出于安全性考虑，一些受力条件比较苛刻，又不能使用粗厚钢板的位置(如防撞梁和一些加强部位)大都使用高强度的钢材。
但材料强度提高后，也带来了一些问题，主要就是加工难度变大。一般轿车都是采用冲压的方法制造，即用模具挤压材料成型。车用钢板强度增强就对冲压工艺提出了更高的要求，而且现在深冲部件很多，材料容易出现裂纹和折皱。为了避免上述情况发生，厂商都要研究冲压时钢板的变形情况以防止冲压时钢板发生撕裂。但钢板强度越好越难冲压的矛盾始终存在。
为了从根本上解决高强度钢的冲压问题，一种新型钢材被应用于汽车车身的生产。这种钢材的基质是比较柔软、韧性好的铁素体，其中镶嵌了硬度好的
马氏体，在冲压时比较容易成型，成型后又具有相当的强度。因此，这种新型汽车用钢将会使汽车更加安全。
目前，车用钢板的厚度已经降到了0.6mm。分析师罗百辉表示，这可能已经到了钢板厚度的极限，钢板再薄就算其自身强度再高，也失去了很多材料本身的结构稳定性。现在车用钢板受到新材料的挑战越来越大。铁的原子量决定了其密度无法改变，通过减薄来减重的道路似乎也走到了尽头。
据了解，国家汽车轻量化技术创新战略联盟正在与长安汽车（000625）集团合作，共同研发和推广“以
铝代钢”的引擎盖。王智文介绍，这项研究是出于在发生事故时保护行人安全的考量。因为在引擎盖等部分应用铝合金可以减轻撞击对人身造成的二次伤害。铝板的重量虽然大约为钢板的1/3，但其可吸收的碰撞能量却是钢板的两倍。铝合金在遭遇撞击时的安全系数更高，因为其材质有非常好的吸能作用。现在铝合金正逐渐在高端车上被广泛采用，全铝的SUV已经出现，用铝做车头结构的高端车也正在被业内所效仿。
对于一些钢铁企业而言，汽车用钢占到目前产品销量的1/3左右。为保证其汽车用钢的市场，应对新材料的冲击，许多钢铁企业正积极和汽车企业合作开发新一代轻量化高强度钢，期望能够与铝合金、塑料、碳纤维复合材料相抗衡。
复合材料仍需时日
据美国化学工业学会的资料显示，目前汽车塑料零部件的重量总和还不及汽车总重量的1/10，因此，可以扩展应用的空间还非常广阔。复合材料唯一的缺点就是阻燃性差，但加入阻燃材料后能得到改善。近年来，为了提升市场竞争优势，各车企纷纷研发并上马采用了轻量化设计的车型。宝马将于今年秋季量产BMWi3纯电动汽车，这款汽车的最大特点是，外壳材料为塑料、底盘材料为铝合金，与传统同类车型相比，实现减重250千克～350千克。
本土车企中，长城汽车（）股份有限公司和奇瑞汽车股份有限公司是在这一研究领域走得最远的两家车
企。奇瑞的A3CC双门跑车前翼子板采用NorylGT 某树脂制成。在201某年北京车展上，长城展出的哈弗E概念车的7个车窗组件，均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成，并配有大尺寸全景天窗。这是我国本土
汽车制造商首次如此大范围应用聚碳酸酯车窗。此外，除了家轿市场，卡车的轻量化也早已被提上议程。北汽福田已将其中型和重型卡车的保险杠从钢材改为塑料材质，并在部分汽车零部件中启用了玻纤增强塑料，还把部分钢制发动机部件也更换为塑料部件。但是，尽管目前国外整车企业在轻量化上已经日趋成熟，而我国本土车企还处于学习或者是追赶的阶段。“这是因为国内复合材料工业还比较落后，尤其是高端材料完全被国外的一些化学厂商所垄断控制，他们掌握材料的设计技术、分析技术和零部件的设计技术。由于高端材料例如高强度碳纤维材料，长期被国外技术垄断导致产品成本居高不下，一些企业只能放弃高端材料在汽车上的使用。”中国不饱和聚酯树脂行业协会副秘书长赵鸿汉说。
在不久前举行的第二届国际汽车轻量化创新材料与成型技术应用高峰论坛的间隙，海源机械（002529）高级工程师蒋鼎丰也曾经向媒体表示，其公司正在调研碳纤维汽车零部件整套装备市场。“该装备正式上市的时间还说不准，我们在技术上还需要做一些投入，还要到市场的切入点，个人估计在201某、201某年出来。”他称，世界上暂时还很少有企业能够大批量生产碳纤维汽车零部件装备，“宝马也是刚刚开发”。此外，他表示，只有碳纤维材料能够将汽车重量减轻50%～60%，而目前的材料只能将汽车重量减轻25%左右。
国内外高强度汽车板热冲压技术研究现状
201某-12-1810:45来源：中国钢材网
为适应汽车轻量化、降低燃油消耗、减少污染物排放和提高汽车碰撞安全性的要求，汽车用高强度钢板的使用比重越来越大。
当前各大汽车厂生产车身及部件主要采用冷冲压法，采用此法冲压高强度汽车板时，冲压过程中需要的冲压力大且容易开裂，产生过量回弹。尤其是针对超高强度钢板(抗拉强度≥550MPa)，冲压时这两项缺陷尤为突出。热冲压技术可以解决这两个问题，同时可以使冲压后的成品抗拉强度得到大幅度提高。
热冲压的关键工艺过程是加热、冲压、保压和冷却。加热过程直接影响到高强度钢板的冲压性能。热冲压的主要设备包括：加热炉、上下料装置、压机、模具、切边和冲空。
采用热冲压工艺后，尤其是轿车车身所用高强度或超高强度钢板的厚度可以降低，同时由于部件的强度得到大幅度提高，车身上的加强板、加强筋可以大量减少，从而减少了车身的重量，同等条件下提高了车身的防撞安全性。由于采用热加工工艺，钢板的热变形能力得到大幅提高，并且冲压变形所需的压力相对降低，一般而言热冲压轧机的吨位800t就可以满足生产要求。在热状态下冲压，也降低了回弹的程度，基本没什么回弹。
相对冷冲压而言，热冲压也有不足之处。由于需要加热炉对钢板进行前处理，增加了加热设备及其能耗
这一大环节。生产过程中由于需要加热和保压(淬火)，从而增加了生产时间，生产效率也因此降低。此外，由于热冲压成熟的技术设备，特别是热冲压压机、模具、激光切割机以及全套设备的自动控制系统基本由国外公司掌控，技术封锁严密，现阶段设备投资大，一般的小型汽车厂难以承受。
目前，国内主要是同济大学、哈尔滨工业大学、吉林大学、上海大众汽车和奇瑞汽车、宝钢研究院等相关研究单位在对热冲压技术、关键设备进行研究。国内大学研究高强度汽车板热冲压工艺取得成果较多的是同济大学机械与材料学院，他们选用的是安赛乐生产的500高强度钢板，采用热模拟机和量身订制的模具进行试验研究。国内实验研究表明：高强度汽车板热冲压加热温度为850～950℃为宜；模具在室温下，即原始温度10～50℃对热冲压成形没有明显影响；保压时间一般为155～260s，冷却速度一般≥21℃/s，淬火后零件温度为200℃左右，冷却水临界经济流速为0.7m/s。
国外对此工艺研究的比较早，由于技术封锁，很难见到有实际意义的生产线的技术文献和有关高强度汽车板热冲压生产实践性资料，但国外尤其是欧洲已有设备生产企业能够提供高强度汽车板热冲压生产线。如瑞典AP&T公司具备提供整套热冲压设备能力、德国舒勒公司能够提供全套的钢板热冲压设备，舒勒已向一家德国汽车制造厂提供6条全自动热成形生产线，国内热冲压整套和部分设备都还没有厂家能够生产。北京爱卡汽车论坛
高强度汽车板热冲压技术主要用于生产轿车车身结构中对强度要求高的部件，如：门内侧梁、柱，底板中央通道、车身纵梁和横梁、门槛、保险杠等安
全防撞件。这些部件的强度级别直接关系轿车的安全性能，尤其是国家提高了对汽车防撞级别的要求，这些部件的强度级别更是关系到整车的安全星级。研究显示，德国大众B6车型、沃尔沃某C90和C70、马自达6采用了高强度硼钢和热冲压成型工艺。国内某自主品牌汽车也在部分车型中采用了此项技术以提高碰撞安全级别。
超高强度钢在汽车车身上的应用
201某-12-1810:45来源：汽车工艺与材料
目前，国内外很多新上市的车广泛应用了先进高强度钢，如双相钢、相变诱导塑性钢、复相钢及马氏体钢。有些采用了热冲压成形技术，抗拉强度大于1300MPa，大大提高了汽车车身的结构强度及能量吸收能力。
国内现在能够方便地获得冷冲压超高强度板材并开发关联模具。宝钢已经开发出成熟的热冲压B1500HS系列板材，初步具备热冲压模具设计和制造能力。
到目前为止，对于高强度钢板还没有一个统一的定义。最常见的定义就是基于Volvo汽车公司和SSAB联合发布的标准。根据这个标准，高强度钢板的屈服强度应为340～600MPa，超高强度钢饭的屈服强度应为600～800MPa，特高强度钢板的屈服强度至少应为800MPa。
由于超高强度板具有高的加工硬化能力，其与成形性相同的普通钢相比，具有很强的吸收能量能力，广泛应用于结构梁类零件。这些梁类件除具有吸收能量的作用，还与其他零件进行搭接，形状比较复杂。而单件的基准往往就是关联的分总成的定位基准，对形位公差要求较高。
为了保证碰撞后的车内空间，要求结构梁类零件没有变形或变形量很小，超高强度板恰好具有这样的优点。典型的应用零件有前、后门左/右防撞杆（梁），前、后保险杠，A柱加强板，B柱加强板，C柱加强板，下边板，地板中通道，车顶加强梁等。
要获得超高强度的车身钣金件有两种方法：一种是采用冷冲压；另一种是采用热冲压专用钢板通过热冲压制成。超高强度板的冷冲压与普通冷冲压的工序差别不大，一般都有落料、拉深成形、冲孔切边、折边、整形等工序。模具有