從汽車輕量化趨勢看JFE高強度鋼研發進展

2026-04-16 03:00:14

　　劉成

　　為(wei)滿(man)足(zu)人(ren)們(men)日(ri)益(yi)增(zeng)長(chang)的(de)美(mei)好(hao)生(sheng)活(huo)需(xu)要(yao)，燃(ran)油(you)效(xiao)率(lv)和(he)排(pai)放(fang)相(xiang)關(guan)法(fa)規(gui)要(yao)求(qiu)日(ri)趨(qu)嚴(yan)格(ge)，而(er)汽(qi)車(che)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)量(liang)與(yu)其(qi)重(zhong)量(liang)成(cheng)正(zheng)比(bi)，因(yin)此(ci)，減(jian)輕(qing)汽(qi)車(che)重(zhong)量(liang)成(cheng)為(wei)實(shi)現(xian)碳(tan)減(jian)排(pai)的(de)一(yi)大(da)關(guan)鍵(jian)。即(ji)使(shi)是(shi)對(dui)相(xiang)對(dui)綠(lv)色(se)環(huan)保(bao)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)來(lai)說(shuo)，由(you)於(yu)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)100千克~200千克重的電池，推動車身輕量化，也有助於其進一步提高燃油效率，延長續航裏程。由於汽車60%以上的重量是鋼製零件的重量，推廣使用高強度鋼可以有效減輕汽車重量。近10年來，抗拉強度超過980兆帕級的高強度鋼應用不斷取得突破，本文將以日本JFE鋼鐵為例，介紹汽車輕量化、高強度鋼的研發進展。

　　不同年份和用途的汽車用鋼強度變化

　　圖1展示了汽車部件用鋼的抗拉強度。圖1中的灰色區域表示2007年汽車部件用鋼的抗拉強度，深色區域表示近10年汽車部件用鋼的抗拉強度。此前汽車外板多使用抗拉強度為340兆帕的鋼板，但目前已呈現出使用440兆帕級鋼板的傾向。由於在汽車外板製造中使用的440兆帕級鋼板厚度僅為0.6毫米，如何保持足夠的剛度和抗凹陷性能是一大關鍵。

　　目前汽車吸能部件多使用有良好加工硬化性能的440兆帕級~780兆帕級鋼板，後期將傾向於采用抗拉強度超過780兆帕的高強度鋼板。

　　對於保護車廂內乘客的支柱、搖臂和其他部件來說，目前多使用590兆帕級~1180兆(zhao)帕(pa)級(ji)的(de)高(gao)強(qiang)度(du)鋼(gang)板(ban)。這(zhe)樣(yang)的(de)話(hua)，即(ji)使(shi)是(shi)在(zai)較(jiao)大(da)的(de)碰(peng)撞(zhuang)載(zai)荷(he)下(xia)，也(ye)能(neng)有(you)效(xiao)防(fang)止(zhi)變(bian)形(xing)。另(ling)外(wai)，目(mu)前(qian)通(tong)過(guo)熱(re)衝(chong)壓(ya)成(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)生(sheng)產(chan)的(de)高(gao)強(qiang)度(du)汽(qi)車(che)部(bu)件(jian)數(shu)量(liang)也(ye)在(zai)增(zeng)加(jia)。熱(re)衝(chong)壓(ya)成(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)通(tong)過(guo)將(jiang)鋼(gang)板(ban)加(jia)熱(re)到(dao)950攝氏度左右並用模具進行淬火來獲得熱衝壓成型高強鋼。汽車保險杠和防撞梁早期使用高強度鋼板，現已開始使用熱衝壓成型高強鋼。

　　與冷衝壓成型工藝相比，熱衝壓成型工藝具有明顯優勢，不僅可以得到超高強度的汽車部件，而且成型性相對較好，部件表麵硬度、抗凹性和剛度好。不過，熱衝壓成型工藝也存在一些缺點，比如，生產節奏相對較慢、製造成本較高、受形狀限製等。電阻點焊過程中的液態金屬所致脆化（LME）、延遲斷裂和模具壽命較短是這兩種工藝共同存在的問題。

　　JFE汽車用高強度鋼的輕量化和高韌性

　　多年來，JFE鋼鐵積極推進各種高強度鋼板的技術開發、優化和應用。本文將對JFE鋼鐵開發出的汽車麵板用高強度冷軋鋼和鍍鋅鋼（440BH）、結構件用冷軋鋼板和可改善成型性的表麵處理技術進行介紹。

　　汽車麵板用高強度冷軋鋼和鍍鋅鋼（440BH）

　　圖2顯示了用於汽車麵板的BH（烘烤硬化）gangzaishengchanguochengzhongqufuqiangdudebianhua。zhexiegangbanyinchongyachengxingerbiaoxianchujiagongyinghua，tongshiyouyutuliaohongkaodereliangershixiaoyinghua。zaiyazhichengxingzhong，ketongguojiangdiqufuqiangduhuodeyouyidebiaomianzhiliang。yuchanggui340BH和普通440W鋼板相比，440BH的屈服強度低於440W，與340BH大致相同；經烘烤處理後的440BH屈服強度高於340BH，接近440W。考慮到抗凹陷性與厚度的1/2次方成正比，使用440BH鋼代替340BH鋼，可使厚度減小0.05毫米。440BH鋼的低屈服強度歸因於鐵素體基體中的馬氏體含量少。

　　然而，使用高強度鋼並不一定能提高剛度，因為剛度僅由板厚和楊氏模量（描述固體材料抵抗形變能力的物理量）決定。因此，JFE鋼鐵開發出一種提高麵板剛度的新技術，具備了輕量化高性能麵板零件生產能力。

　　結構件用冷軋鋼板

　　為(wei)防(fang)止(zhi)鋼(gang)板(ban)出(chu)現(xian)麵(mian)內(nei)開(kai)裂(lie)和(he)剪(jian)切(qie)邊(bian)開(kai)裂(lie)的(de)情(qing)況(kuang)，汽(qi)車(che)結(jie)構(gou)件(jian)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)成(cheng)型(xing)性(xing)。高(gao)強(qiang)度(du)鋼(gang)板(ban)的(de)這(zhe)些(xie)性(xing)能(neng)可(ke)以(yi)用(yong)延(yan)伸(shen)率(lv)和(he)擴(kuo)孔(kong)率(lv)來(lai)表(biao)示(shi)。延(yan)伸(shen)率(lv)（EL）是當鋼板以凸起形狀（稱為拉伸成型或凸起成型）成型時的可成型性指標。擴孔率（λ）是shi鋼gang板ban剪jian切qie邊bian成cheng型xing性xing的de一yi個ge指zhi標biao，表biao示shi為wei在zai衝chong孔kong時shi擴kuo孔kong到dao鋼gang板ban邊bian緣yuan產chan生sheng裂lie紋wen時shi的de孔kong徑jing增zeng加jia量liang。對dui於yu這zhe兩liang個ge指zhi標biao來lai說shuo，數shu值zhi越yue高gao表biao示shi成cheng型xing性xing越yue高gao。

　　JFE鋼鐵通過精細的微觀結構控製開發出了高成型性鋼板，形成了名為JEFORMATM的產品陣容。其中，1型產品具有比普通鋼板更高的延伸率（EL）和出色的拉伸成型性（深衝）。2型產品比1型產品具有更高的擴孔率（λ）和出色的拉伸凸緣性。3型產品比1型產品具有更高的延伸率，並可進行更深的拉伸。通過開發該係列產品，JFE鋼鐵可實現複雜汽車零件的生產。

　　改善成型性的表麵處理技術

　　高強度鋼的延伸率不可避免地低於低強度鋼。JFE鋼鐵開發了一種汽車用高潤滑熱浸鍍鋅層（JAZTM），kebuchangyinyanshenlvdierdaozhidekechengxingxingjiangdi，jianxiaogangbanyumojujiandemocazuli，zhizaigaishanditangangdekechengxingxing。muqian，gaijishuyishixianguangfanyingyong，keyouxiaoyingyongyugaoqiangdugangban。

　　使用了JAZTM的熱鍍鋅鋼板的拉伸程度高於不使用JAZTM的熱鍍鋅鋼板。拉伸程度隨鋼板延伸率的增加而線性增加。

　　《中國冶金報》（2020年07月31日 02版二版）

來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯：宋玉錚

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