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汽车用高强钢板的研究发展

20世纪90年代初,欧洲试生产了全铝汽车。由于可以减轻车重,降低油耗,铝材有跻身汽车行业取代钢材的可能。1994年,国际钢铁学会(简称“IISI”,International Iron&steel Institute)组织主要由北美和西欧35家钢厂和汽车厂组成的联合攻关课题,开展了超轻钢车身项目ULSAB(ultra Light Steel Auto Body)的研究。其主要成果如下:车身结构的抗扭和抗弯强度分别提高80%和52%,车重减少25%,车身结构造价降低15%。1998年,在完成ULSAB项目后,又实施一项被称为先进概念车超轻钢车身计划ULSAB—AVC(Advance Vehicle Concept)。上述项目的研究结果表明,为了延续钢材对其它竞争材料的优势地位,必需大量使用高强钢,在代表汽车用钢未来发展方向的新车型C级车和PNGV级车中,相变强化的双相钢(DP钢)占整个结构用钢的74%左右,600MPa以上的超高强钢占75%以上。
  在完成ULSAB相关项目(包括ULSAS和ULSAC)后,阿赛洛(Arcelor)公司和蒂森(Thyssen)公司分别设计制造了大量采用高强钢的概念车车身,使车身减重分别达到20%和24%。分析其用钢情况,发现未来车身用软钢大幅度下降,而高强钢,特别是强度等级大于80kg级的超高强钢显著增加。
  纵观汽车厂在高强钢使用方面的发展,尤其是宝马(BMW)汽车公司,近几年的发展速度在欧美地区是较快的,宝马3系列在不同年代上市的车身用材料的平均最低屈服强度从1997年版的178MPa猛增到2004年版的294MPa,增长了65%,屈服强度在400MPa以上的高强钢的使用比例也大幅度增加,而深冲软钢用量却大幅减少。
  日本在高强度汽车板生产和使用方面原本就有较明显的优势。为保持这种优势,日本于1997年启动了“超级钢铁材料”的国家研究计划,为期10年,其主要目的是实现钢铁材料的“强度翻番,寿命翻番”。同年,日本通产省基础产业局又安排由日本5大钢铁公司为骨干的“超级金属”研发项目,其目标是通过新工艺细化钢的金相组织来提高钢的强韧性能,并计划在5年内形成“材料微观领域显微组织的控制制造技术”。
  在日本超级钢项目的影响下,韩国在1998年启动了“21世纪高性能结构钢”的国家项目,为期10年,这是以POSCO钢铁公司为主体的国家项目。欧盟则在2001年启动“超细晶钢”项目,由意大利、英国、德国和比利时等国的研究机构参加,欧洲一些公司从工业界加以推进。
  中国于1997年启动了“新一代微合金高强高韧钢的基础研究”国家攀登项目(1997~2000年)。1998年,启动“973”重大基础研究项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”。宝钢作为国内汽车板生产企业的排头兵也参加了国际ULSAB计划,并在高强汽车板研究开发和生产方面有了较大的投入,做了大量工作,取得了一些成果,走在全国同行业前列。
  众所周知,钢的强度和塑性一般是矛盾的,钢强度的提高必然导致塑性下降。对于传统的高强钢,如碳锰钢(CMn)、高强低合金钢(HSLA)、各向同性钢(IS)、烘烤硬化钢(BH)、高强IF钢(HSSIF)等,其强度等级很难突破600MPa。即使通过添加大量合金元素来提高其强度,用户在使用过程中也会出现焊接性能不良等问题,从而影响其使用。现代超高强钢的发展趋势是通过适当的热处理工艺控制钢的显微组织,以得到高强度、高塑性的所谓先进高强钢(AHSS)。例如,低屈强比的在铁素体基体中分布有5%~30%马氏体的双相钢(DP钢),在铁素体和贝氏体基体中含5%~15%残余奥氏体的相变诱导塑性钢(TRIP钢),含铁素体、贝氏体、马氏体及弥散第二相粒子的复相钢(CP钢)以及主要含马氏体强化相的马氏体钢(M钢)。在新钢种方面,已开发出常用于热冲压成形的具有良好淬透性的含硼高强钢(B Steel)及其它合金含量较高的不锈钢和铁锰系孪晶诱导塑性钢(TWIP)等。
  钢板厚度变薄后,耐腐蚀性变得非常重要。因此,镀锌高强钢,特别是热镀锌高强钢有了较快的发展。

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资料来源:东莞市弘超模具科技有限公司结构钢事业部
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