有关汽车外板的研究
一、汽车外板的国内外现状
    汽车中的拼焊钢板应用越来越多，拼焊板可使车体重量减轻20%~40%。1985年，蒂森克虏伯公司为最早开始生产拼焊板的钢铁公司。按生产重量统计，蒂森克虏伯公司在2004年共生产了拼焊板59.0万t，位居世界第一。随后的是安赛乐公司为39.7万t，Noble公司为24.2万t，Vest/Euroweld公司为17.0万t。激光拼焊板生产线已经成为近年来世界钢铁厂投资，尤其是钢铁厂与汽车厂及钢材加工配送企业共同投资的一个新热点。在中国汽车制造的重点地区长春、上海、武汉及广州等城市，已有多家独资和合资激光拼焊企业建成和正在规划之中。
1、 世界主要钢铁公司汽车用拼焊板生产现状
目前，许多钢铁公司都涉足汽车用拼焊板的生产，如表1所示，在2001~2004年世界汽车用拼焊板前六名生产企业中，蒂森克虏伯公司、安赛乐和萨尔茨吉特等公司位居世界前六名。2006年，米塔尔公司通过与安赛乐合并，控股Noble公司后，如表1所示，其产量已跃居世界第一。此外，浦项公司2004年的拼焊板产能为360万片。日本JFE公司；2004年的拼焊板产
能为200万片。中国宝钢与安赛乐合资的拼焊公司，2007年的拼焊板产量为300万片，位居国内第一。
表1：世界汽车用拼焊板前六名生产企业产量统计（2001-2004年）
公司所在国 公司名称 年产量/万t
2001年 2002年 2003年 2004年
德国 蒂森克虏伯 34.1 44.5 49.7 59.0
卢森堡 安赛乐 10.2 35.7 38.2 39.7
美国 Noble 9.0 16.8 23.5 24.2
奥地利 Voest/Euroweld 3.0 11.1 15.1 17.0
美国 OWB - 17.1 12.9 10.1
德国 萨尔茨吉特 - 3.9 5.5 6.7
注：以上数据含合资企业；2002年，按片计产量，TKS为3400万片，Arcelor为2700万片，居世界前二名。
（1）蒂森克虏伯钢铁公司
自蒂森克虏伯公司从1985年开始生产拼焊板以来，该公司一直在此生产领域处于领先地位。同时，蒂森克虏伯公司在不断壮大德国本土的拼焊板生产的同时，还通过独资或合资等方式，不断向欧洲、美洲和亚洲拓展其业务。目前，在西班牙、墨西哥、意大利、巴西、美国和中国等地均有独资和合资公司，已在全球重点218汽车市场形成战略性布局，近年来在中国这个最具活力的汽车市场上投资拼焊板生产已呈加速状态。蒂森克虏伯拼焊板生产主要在ThyssenKrupp Tailored Blanks公司，位于巴西的GalvaSud公司(合资)、位于美国的TWB公司(合资)和位于中国长春等的合资公司内进行。其中ThyssenKruPP Tailored Blanks公司为蒂森克虏伯钢铁公司的主要拼焊板生产基地，其在全球共有10家子公司，产量占全公司的绝大多数。2003/2004财年，仅ThyssenKrupp Tailored Blanks公司的销售额为3.25亿欧元，雇员为590人。
（2）安赛乐米塔尔公司
安赛乐公司汽车用拼焊板生产始于上世纪90年代初期，其拼焊板公司(TBA)为安赛乐汽车分部的子公司，拥有员工近700人。在欧洲、美国和中国拥有10条生产线，2004年生产4000万片拼焊板，其中200万片为补片型拼焊板，700万片为成形型拼焊板.有200多种拼焊产品，占拼焊板总产量的75%以上。拼焊板用钢年消耗量约40万t，销售收人约4亿欧元。其拼焊板公司(TBA)由位于欧美和中国的10家子公司、36条生产线构成汽车360度。2007年3月16日，美国Noble公司(Noble International，Ltd.)与安赛乐米塔尔公司的TBAAreelor公司合并。Noble国际公司是北美最大的拼焊板生产厂，该公司在加拿大、墨西哥和美国拥有12家工厂。此外，该公司在澳大利亚也建有工厂。根据协议，安赛乐米塔尔旗下的激光拼焊业务部门将与Noble公司合并。作为回报，安赛乐米塔尔将得到3亿美元现金和937万5000股Noble股票，成为Noble公司的最大股东。
（3）其它主要钢铁公司概况
1）JFE公司概况
JFE激光拼焊设备由蒂森克虏伯的Nothelfer公司供货，投资额约5亿日元(约合3300万人民币)，设备设里在西日本钢厂内水岛钢板工业有限公司，于2004年正式开始生产，2004年
的拼焊板产能为200万片。其拼焊产品宽度为400一3000mm，厚度为0.55一2.6mm。2）浦项公司概况
2003年4月在光阳厂投产，当年销售21万片。浦项公司2004年汽车用拼焊板的生产t为360万片，2006年上半年又增加相关设备，销售童增加到50。万片，2007年预计达到600万片。
2、我国汽车用拼焊板生产现状
我国汽车用拼焊板生产目前主要以合资形式，从2002年武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司建立以来，2004年宝钢与安赛乐，2005年鞍钢与蒂森克虏伯以合资公司的形式生产拼焊板，生产地点分别设在武汉、上海和长春等中国汽车生产最重要的三大基地.因此，生产的拼焊板可以很方便地供应汽车厂。目前中国大陆拼焊板的产能已达到600万片/年左右，未来几年内将达到1300万片/年以上，呈现出加速发展的态势。2007年，宝钢安赛乐激光拼焊公司已生产轿车用激光拼焊成品件近300万片，比上年增加2倍，产品国内市场占有率达到26%，位居全国第一。2007年底，武钢与美国Noble公司就有关激光拼焊合资项目合同签订了合作协议并开工建设，正式介人了激光拼焊产品生产领域。我国汽车用拼焊板生
产从核心技术上当前主要还是依靠引进，未能形成自主知识产权，与国外先进企业蒂森克虏伯和安赛乐米塔尔公司相比，无论是生产技术，还是产品品种，还有很大差距。
（摘自：《中国机械CAD》：国内外钢铁企业汽车用拼焊板的发展现状）
二、汽车外板选材
    大体上说汽车内外板用钢有如下几种：（1）普通低碳铝镇静钢；（2）以 Nb、
Ti 为碳氮化物形成元素的细化晶粒钢和沉淀强化钢；（3）铁素体基上弥散分布的马氏体
复相组织强化的双相钢；（4）利用残余奥氏体产生高延性的 TRIP 钢（相变诱导）；（5）
Nb、Ti 固定超低碳（C<20ppm）的 IF钢，是具有高 r 值的强化型 IF钢。本文重点介绍IF钢。
1.什么是IF钢
    IF钢又称为“无间隙原子钢”，由于钢中没有间隙固溶的C、N原子存在，该钢具有优良的深冲性能和非效性。IF钢在成分的特点是超低碳微合金化物，基本无C、N间隙原子，钢质纯净。按添加元素的不同，钢被分为3种：单一添加钛的TI_IF钢，单一添加铌的Nb_IF钢和同时添加钛和铌的Nb+Ti_IF的IF钢，但以Ti_IF为主，与低碳铝镇静钢相相比较，IF钢的特点是具有良好的冲压成型性，不存在钢板的时效问题。通过在超低碳钢中加入Nb或Ti微合金元素，形成碳、氮化物析出，达到IF化
2.IF钢的化学成分
Ti_IF钢杂质元素要控制在很低的水平，这是IF钢获得超深冲性的重要原因。一般Ti_IF钢成分C=0.003%,S=0.01%,Mn=0.16%,Si=0.005%,P=0.006%,Al=0.020,Ti=0.035%
3.合金元素的作用
    IF钢的基本原理是在超低碳钢(C<01005%)中添加Ti、Nb等元素,与钢中的C、N原子反应生成碳、氮化合物,将钢中固溶C和N的含量降到0.01%以下，使铁素体得到深层次的净化、基体呈无间隙原子状态。由于不含间隙原子致使晶间结合力显著下降，从而得到良好的深
冲性能，保证了其成型性。另外为了提高其强度，在钢中适量的添加P、Si、Mn等元素，进行固溶强化以提高强度。其中P强化效果显著,但当P的含量较高时,有发生冷加工脆性的倾向,通常在加入P的同时加入适量的B，B将在晶界处快速偏析引起强化，同时抑制P的晶界偏析。
三、热处理工艺
各个厂家由于工艺装备水平不同，生产的IF钢的用途与规格的不同，所采用的生产工艺也略有差别，一般的工艺流程为：铁水预处理→氧气转炉炼钢→真空脱碳 →连铸→加热→热轧→控制冷却→卷取(原料)→酸洗→冷轧→退火。在整个工艺流程中每道工序都有其独特的工艺要求，每道工序的控制质量直接影响最终产品的质量。
四、汽车外板特性
1. 成型性
钢材成型性方式大致分为深冲、卷边、形状匹配以及压延性等，每种成型性都有其相应的特性要求，它们与屈服强度，抗拉强度，延伸率， n 值，r值的密切相关，如r 值对深冲，
卷边性有效，屈服强度对形状匹配特别有效。
2．抗起皱性
对汽车外面板，成型后“起皱”是非常讨厌的。抗“起皱”成为外板性，它与冲压件的原板厚度和屈服强度有依从关系。维持冲压件表面圆滑，钢板的高强度而壁的减薄需要高的屈强比，这样的钢板才能在冲压成型时减少起皱缺陷的发生。作为技术措施，开发了具有应变时效硬化现象的烘烤硬化型 IF钢，也称 BH钢。 塑性各向异性高度发展的IF钢，经过在强度方面的研发成为BH钢。典型IF钢冲压成形性极好，但屈服强度极低，容易产生“ 。BH钢采用较高温度（例 830℃），低于Ac点，稍高于NbC→Nb+C溶解反应的温度进行退火使NbC部分溶解，这样的钢既具备高深冲性，又有适量的固溶C提供烘烤时效硬化。固溶C、N量太少时不足以产生应变时效硬化和烘烤硬化，太多时会降低r值。因此控制得当是关键。热轧母板时，NbC已完全固定了固溶C。在冷轧后连续退火时既使｛111｝织构组织高度发展，又有部分NbC溶解，产生一定量的残余C、N。这是 340MPa级IF兼BH性钢板的生产工艺要点。 最新研究报告采用较高 C，过量 Nb/C 比（化学比）生产高强度 IF 钢。利用过剩
Nb 强化晶界而提高钢的强韧性。
3．焊接性能
车体装配多采用高效率点焊，不仅要求焊缝强度而且要求不发生点内断裂。决定因素之一是按钢中 P、S、C、Si、Mn 等计算的 Ceq。特别是 S，必须尽量降低。其它元素是钢成分设计实行周密调控。 极低碳的钢应用广泛，特别是 IF钢。Ti-Nb-B 钢的疲劳强度最好，不论是交变应力还是扭转应力都高于其它 3种钢。其次是 Nb-Ti 钢，只加 Ti 的钢明显不好，HAZ 组织显著粗大，强度低。 电阻焊时由于 C 量高，会引起焊缝区淬硬而性能劣化。特别是 M+F双相钢，相变产生的残余应力会降低疲劳性能。 不同厚度不同强度钢板接合的部件在冲压成形前广泛使用激光焊，它对 HAZ 影响较少，可以达到高精度。 此外，也使用机械接合法。诸多的连接法也促进了钢板的多样性的发展。