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武钢高强汽车用钢板开发研究论文
随着排放和碰撞安全法规的日益严格，以及消费理念的变化，对汽车燃油经济性和安全性的要求也越来越高，在汽车轻量化制造的同时提高安全性成为汽车工业发展的必然趋势。国际钢协“世界汽车用钢联盟”项目未来钢制汽车FSV计划的研究结果表明，在不增加生产成本的前提下，通过大量使用先进高强钢(97%的HSS和AHSS应用比例)和先进制造技术，可以在满足碰撞安全要求的同时，较标杆车实现35%的白车身减重。FSV项目体现了钢铁产品持续不断的轻量化潜力。钢铁材料占汽车质量的70 %~80 %开发高强度钢板，提高高强钢应用比例，可以有效减轻车身质量。
武钢是国内的主要汽车用钢板供应商，根据汽车各部位零件的特点，开发出系列高强度汽车钢板，可满足汽车整车制造需要。同时，武钢近年着力开发先进制造技术，加强先期介入EVI技术服务能力建设，强化与用户的技术沟通与技术支持，促进汽车和钢铁工业的共同进步。
高强度IF钢和烘烤硬化BH钢主要用于制造车身覆盖件。这2个钢种兼具高强度和高深冲性能的优点，可以冲压成复杂的汽车覆盖零件。用于替代传统深冲IF钢时，可以减薄零件厚度，减轻零件质量;同时，由于其屈服强度较高，特别是BH钢，在零件烘烤硬化后屈服强度可以增加40 MPa左右，提高了外板件的抗凹陷性。
BH钢控制和利用铁素体基体的自由碳原子，在烘烤过程碳原子重新固定在冲压塑性变形过程产生的位错里，从而提高屈服强度。因此，BH钢具有时效性，需要在出厂后的3个月内使用，这对汽车厂的物流和冲压生产控制能力提出较高要求。目前国内BH钢主要用于高档轿车的面板，以180 MPa和220 MPa级热镀锌钢板为主。
2车身安全结构件用高强钢
车身碰撞安全设计的基本思想是，前仓和后仓部分相对于乘员区较软，在发生碰撞时尽可能地在前后仓产生塑性变形以吸收撞击能量;为保证乘员安全，乘员区应尽可能地减少变形，确保有效生存空间。从材料的角度，体现在提高材料屈服强度、增加零件的刚度;低的屈强比(高应变强化能力)和高的伸长率则有利于提高材料拉伸曲线的下阴影面积，从而提高能量吸收能力。
2. 1普通梁杆类结构件用高强钢
高强度低合金HSLA钢成分设计时加入了微量的强碳化物形成元素如Nb, V , Ti，组织由铁素体和珠光体组成，第二相析出物弥散分布，主要依靠析出强化阻碍位错运动，提高屈服强度。
由于HSLA钢的成分与组织特点，这类钢种对生产工艺敏感性不高，生产性能稳定，成本相对较低。HSLA钢以控制屈服强度为主，屈强比高，相对而言，加工硬化性能较差，疲劳性能好，适合制造对刚度要求较高的结构件和支撑件。在冲压成形时，回弹量较小，容易控制成形零件精度。用HSLA制造的典型零件包括前后纵梁、门内加强梁、地板横梁、B柱加强板、顶盖横梁、底盘悬挂件等。
2. 2压溃吸能区用高强钢
对于压溃吸能区，要求零件在发生碰撞时，在一定的距离内有比较高的能量吸收能力，因此希望材料曲线下部面积越大越好。体现在材料性能上，要求提高材料强度、加工硬化能力以及伸长率。压溃区使用的材料通常以抗拉强度表征，强度级别一般不超过780 MPa，典型的钢种有双钢DP钢、复相钢、形变诱导塑性TRIP钢和孪晶诱导塑性TW IP钢等，这些钢种称为先进高强钢。
2. 3乘员区用超高强钢
为保证乘员安全，防撞安全零件要求材料具有超高强度(1 000 MPa以上)，以减少侵入位移量。采用超高强度零件可以同时实现2个目标，即减轻零件质量(轻量化)，提高车身安全性能。热冲压成形是1种有效的超高强度零件成形工艺，成形零件材料强度可以达到1 300 MPa以上。
热成形的工艺特点要求热成形用钢板在加热到Ac3温度以上时，形成奥氏体单相，并在随后的金属模具冷却淬火过程(冷却速度30℃ /s以上)中，获得马氏体单相。因此，热成形钢板成分设计时，要求有较高的碳含量，提高马氏体硬度;同时，碳元素有利于提高淬火性能。为进一步保证保压淬火时较低冷速下获得全马氏体组织，钢板成分中添加了Mn, Cr, B等元素。微量B元素可替代其它合金元素，大幅提高淬透性，从而减少其它合金含量，在高温塑性变形时降低材料变形抗力。
武钢开发的1 300 MPa和1 500 MPa级热成形钢，碳含量为0. 20%一0. 23%，室温下组织为铁素体渗碳体，抗拉强度约为500MPa，伸长率约26 %。热成形后获得全马氏体组织，实物零件强度达到1 350 MPa以上，同时可获得4. 5%以上的伸长率。
3武钢汽车板应用技术研究
车身零件高强化(轻量化)是零件设计、钢板选材和制造工艺的结合。武钢在开发生产高品质汽车钢板的同时，开展汽车用钢应用技术研究，采用先期介入EVI工作方式，为用户提供系统的技术支持。
3. 1武钢汽车板应用数据支持
钢板性能数据是车身设计过程的重要基础数据，是零件选材和零件性能评估的基础。武钢为满足用户需求，形成了从拉伸力学性能、成形极限FLC、高速拉伸曲线、疲劳性能到焊接性能的数据库系统，为车身刚度、成形性、安全性、疲劳耐久性等CAE评估提供数据支持。HC340 /590DP钢板的高速拉伸曲线和疲劳曲线。高应变速率下的动态响应性能是车身安全评估的重要依据，武钢引进了德国Zwick高速拉伸试验机，采用高速摄像系统测试动态应变，最高测试应变速率可达到1 000 / s，满足用户CAE仿真数据需求。
3. 2热冲压成形技术
武钢采用国外引进与自主开发相结合的方法，形成了热成形钢板开发、冲压设备、模具设计等整套技术。武钢试生产的B柱加强板、保险杠等零件，实物抗拉强度达到1 500 MPa，伸长率达到6%以上，尺寸精度符合装车要求。
3柔性辊压成形技术
高强钢材料强度提高后，冲压成形性能降低，强度越高越容易开裂。钢板强度超过1 000 MPa时，传统的冷冲压成形方法很难成形，存在钢板开裂、回弹大、尺寸精度差、模具磨损严重等问题。柔性辊压成形(Flexible Roll Forming)工艺可以生产可变截面的先进高强钢零件，是目前辊压成形技术的发展方向。
柔性辊压成形技术可以成形的超高强钢典型零件形状示。柔性辊压成形机采用计算机控制，机架驱动电机可进行独立运动，实现零件在深度方向或宽度方向的截面变化。武钢正和澳大利亚迪肯大学(Deakin University)、德国DataM公司等合作开发高强钢的柔性辊压成形技术。
4结语
武钢己经开发了车身覆盖件用高强钢、车身结构件用高强钢的产品体系，这些产品基本能够满足目前我国汽车工业制造的需求，通过了国内各主流汽车公司的材料认证。2013年，武钢冷轧深冲和高强汽车用钢产销量达到140万t，创下历史新高。车身轻量化制造和安全性要求提高的发展趋势，对高强汽车用钢提出了更高的要求。武钢正通过不断的技术创新，开发生产新的高强度汽车用钢产品。同时，进一步加强先进高强钢应用技术的研究，通过先期介入工作模式，为车身轻量化选材与零件先进制造提供支持。
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