一汽汽车钢板讲义

1汽车钢板及应用中国第一汽车集团公司技术中心2009.9.18一汽技术中心21概况钢板（Steelsheet）钢板(钢带)是一种宽厚比和表面积都很大的矩形截面钢材。通常成张交货的称为钢板，也称平板；长度很长、成卷交货的称为钢带，也称卷板。其中卷板也称宽钢带，一般限指宽度大于600mm的钢板。宽度小于600mm(一般不超过300mm)、成卷交货的钢带也称窄钢带。一汽技术中心3钢板（卷）工艺流程：高炉冶炼→炉外精炼→连续浇注→粗轧→精轧→热轧钢板（卷）→酸洗→热轧酸洗钢板（卷）→冷轧→退火→冷轧钢板（卷）→涂层处理→涂层钢板（卷）→其它处理→复合钢板等一汽技术中心4钢板应用钢板是工业和民用各领域应用最广泛的钢材之一，配合切割、冲压、焊接、机加等加工工艺，用以制造各种箱体或壳体、容器、覆盖件、管材、机械零件等。钢板也是汽车产品中应用最广泛和用量最大的金属材料之一，主要应用在车身、车厢、底盘及车轮等部件或总成上。据粗略统计，按照汽车车型的不同，钢板的用量约占汽车钢材用量的55-80%。在轿车中，白车身的重量约占整车重量的1/3。一汽技术中心5汽车钢板件生产工艺大部分采用冷冲压：车身覆盖件部分零件采用辊压：滑道少数零件采用旋压：车轮轮辐热冲压：桥壳一汽技术中心6汽车钢板种类的分类钢板的分类仅为一般性的区分界定，旨在方便钢板的技术交流和选用,可分为以下几类：按轧制工艺分为：冷轧钢板、热轧钢板、热轧酸洗钢板按化学成分分为：优碳、普碳、低合金（Mn、Ti、Nb、Si、Mo、Cr按冲压级别分为：一般、冲压、深冲、超深冲；按表面处理分为：普通钢板、涂层钢板；按强度级别分为：普通强度钢板、高强度钢板、超高强度钢板、特高强度钢板一汽技术中心7国内：对汽车用高强度钢板倾向于分为两类：普通高强度钢板：抗拉强度或屈服强度相对较低，或采用传统工艺或传统工艺少许改进即能生产出来高强度钢板。如烘烤硬化钢板、含磷钢板、高强度IF钢板以及HSLA钢板等。先进高强度钢板：需要采用先进设备及工艺方法才能生产出来的钢板，这种钢板生产难度较大，强度也较高，如双相钢板（DP钢板）、复相钢板（CP钢板）、相变诱发塑性钢板（TRIP钢板）和马氏体钢板（M钢板或Mart钢板）等。日本：将抗拉强度不低于340Mpa的冷轧钢板和抗拉强度不低于490Mpa的热轧钢板通称为高强度钢板（HSS）。德国：高强度钢板（HSS）：屈服强度高于180Mpa（包括180），低于300Mpa的钢板。先进高强度钢板（AHSS）：屈服强度高于300Mpa（包括300），低于600Mpa的钢板。超高强度钢板（UHSS）：屈服强度高于600MPa（包括600MPa）的钢板。一汽技术中心2高强度钢板8世界钢铁学会高强度钢板分类一汽技术中心高强度钢板分类9一汽技术中心钢板冲压级别Mild：CQ、DQ、DDQ、EDDQSEDDQHSS：CQ、DQ、DDQ10在IF钢的基础上，添加不同类型的强化元素(如固溶强化元素P、Mn、Si)和适当的轧制工艺控制（通过低温大压下量的热轧过程和轧后立即进行加速冷却，得到细晶的铁素体，以及大压下率冷轧和高温退火，得到需要的织构和高成形性能），使钢材在保证良好塑性和冲压性能的同时，拥有较高的强度。满足复杂形状轿车冲压件性能要求。一汽技术中心高强度IF钢板11包括IF钢烘烤硬化钢板和低碳烘烤硬化钢板两种。主要侧重于IF烘烤硬化板。特点是钢板冲压成形前具有较低的屈服强度，通过冲压成形后的涂漆烘烤工艺使钢板的屈服强度增加。BH钢在具有良好的烘烤硬化性的同时，还必须保证在一定时间内具有常温非时效性，通常用时效指数AI表示，如果AI值小于30MPa，可认为钢板在3个月内不会出现自然时效。BH钢可在不影响成形件形状稳定性的同时，提高钢板的抗凹陷性，因此很适用于生产汽车外覆盖件。一汽技术中心烘烤硬化钢板（BH）12利用磷在钢中的固溶强化作用进行强化。磷的固溶强化作用很突出，相当于锰的10倍，硅的7倍。磷在增加强度的同时，延伸率降低很少，而且还具有较高的塑性应变比r值。含磷钢板可以用来冲制一些形状比较复杂的汽车冲压件。一汽技术中心含磷钢板（P）13各向同性钢属于低碳微合金钢，该钢特点为具有很低的平面各向性即Δr趋于零（一般在-0.15~+0.15之间）、高强度、高n值和成形性能好等。强度级别按照屈服强度可分为220、250、260、280和300MPa。各向同性钢主要用于汽车外板，主要在欧洲系列车型上使用较多，日系汽车很少使用。一汽技术中心各向同性钢板（IS）14DP钢是以Si、Mn为主要合金成分的低成本钢材。在连续退火过程中，首先加热到760－830℃的铁素体＋奥氏体两相区，使其组织为一定比例的铁素体和奥氏体。此时令钢材淬火到马氏体点以下，则奥氏体转变为马氏体，导致所谓的“双相组织”。DP钢基体为软的铁素体，在其上分布硬质的马氏体，两者分别确定材料的低的屈服强度和高的抗拉强度。DP钢比传统的高强钢有更高的初始加工硬化率，所以有很低的屈强比，可以得到很大的延伸。DP钢中固溶较多的C，所以也是一种烘烤硬化钢，在经过烘烤涂漆后，屈服强度提高约100MPa。一汽技术中心双相钢（Dual-Phase简称DP）15一汽技术中心DP钢在车辆冲撞的高速变形中，表现出比普通高强钢更高的强度，所以具有更大的冲击能吸收能力，有利于提高车辆的安全性。主要组织是铁素体和马氏体，其中马氏体的含量在5％～50％，随着马氏体含量的增加强度线性增加，强度范围为500～1200MPa。双相钢还具有低的屈强比、高的加工硬化指数、高的烘烤硬化性能、没有屈服延伸和室温时效等特点。一般用于需高强度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也较严格的汽车零件，如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等，随着钢种性能和成形技术的进步，DP钢也开始用于汽车的内外板零件。双相钢16热轧贝氏体钢有贝氏体双相钢（F+B）和贝氏体钢（B）。其主要添加元素为Si、Mn、Nb、Cr。其重要特性是具有优良的翻边性能。适合冲压汽车支撑部件类要求厚度较大、尤其是翻边性能良好的底盘部件。一汽技术中心贝氏体钢板（B）17TRIP钢是近10多年才商业化开发的钢种，主要成分是C、Si和Mn，包括热轧、冷轧、电镀和热镀锌产品。主要组织是铁素体、贝氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体的含量在5％～15％，强度范围为600～800MPa。TRIP钢具有高延伸率的本质是应变诱发残余奥氏体转变为马氏体，同时相变引起的体积膨胀伴随着局部加工硬化指数增加，使得变形很难集中在局部区域。同DP钢相比，TRIP钢的起始加工硬化指数小于DP钢，但是TRIP钢的加工硬化指数在很长的应变范围内仍保持较高，特别适合要求具有高胀形性能的情况。一汽技术中心相变诱导塑性钢（TransformationInducedPlastic简称TRIP）18复相钢钢同TRIP钢的冷却模式类似，但是需要对化学成分进行调整以形成强化马氏体和贝氏体的析出相，强度范围为800～1000MPa。其组织特点是细小的铁素体和高比例的硬相（马氏体、贝氏体），而且通过析出强化而得到进一步的强化，含有Nb、Ti等元素，具有高的冲击能量吸收能力和好的扩孔性能。适合于车门防撞杆、保险杠和B立柱等安全零件。一汽技术中心复相钢（ComplexPhase简称CP，Multiphase）19所谓TWIP，意即孪晶诱导塑性。TWIP钢是以Fe、Mn为主的纯奥氏体碳钢，采用Mn可以扩大奥氏体相区，添加C不仅可以稳定奥氏体，而且可以利用C固溶强化奥氏体。通过控制Mn（17－24％）和C(0.5－0.7%)的含量，可以得到最好的力学性能。TWIP钢的最大特点是强塑积高，可以达到50000Mpa%，为TRIP钢的2倍以上。TWIP钢可以象DDQ级冲压板一样，冲压出复杂形状零件，但强度却要高出2~5倍；其抗拉强度与热处理钢相当，而塑性却较热处理钢高10倍以上。一汽技术中心TWIP钢（TWinningInducedPlasticity，简称TWIP）20TWIP钢的塑性变形的主要机制是位错滑移。在变形过程中，非常细的孪晶在晶内发生，孪晶界和晶粒边界均成为位错滑移的壁垒，这会导致非常剧烈的加工硬化，其瞬时硬化率能保持较高的水平（0.45）。这会抑制缩颈的发生，从而导致TWIP钢非常强的加工硬化能力和非常大的延伸率。这种性能即使在高应变速率下仍然保持着，因而在撞击等高应变过程中，可以保证汽车非常高的安全性。一汽技术中心TWIP钢21随着强度的提高，钢板成形性能总体上呈下降趋势，形状冻结性变差，成形难度加大。同时材料成形力也增加，造成成形负荷增大，工具、模具的磨损和损坏严重。所以，近年开发了材料的热冲后进行热处理的新技术，以满足用户对进一步提高强度的迫切要求。这种技术应用于可以热处理强化的钢板，例如含B钢板，将其加热到900℃左右进行冲压成形，大幅度降低了成形抗力，提高了材料的成形能力。冲成零件后，立即利用余热进行淬火处理。目前处理后的抗拉强度可以达到1500Mpa左右。处理完的零件需进行喷丸处理，以去除氧化铁皮，改善表面质量。近年来生产上普遍采用的是带有Al-Si预涂层的钢板，可以在热冲压前的加热过程中避免氧化，热冲压后表面形成Fe-Al-Si合金化层，零件无须喷丸清理，可直接涂装，并且零件的形状精度较好。典型牌号有Mazda：SPHT-T；Arcelor：Usibor1500P、22MnB5。一汽技术中心热成形（热处理）钢板22抗拉强度-延伸率坐标图中TWIP钢及热成形钢所处的位置一汽技术中心TWIP钢及热成形钢抗拉强度（MPa）延伸率(%)23一汽技术中心一汽技术中心轿车车身钢板应用强度比例24镀锌钢板：车身防腐电镀纯锌钢板（EG）——外板热浸镀锌钢板（GI）——内板合金化热浸镀锌钢板（GA）——内板。为提高抗腐蚀性、改善焊接性能，减少摩擦系数为降低汽车成本，随着GI板生产技术日趋成熟，逐步应用GI板替代EG板制造车身外板一汽技术中心3涂层钢板（表面处理钢板）25镀铝钢板——消声器、排气管镀铅钢板——油箱Sn-Zn钢板——油箱Zn-Ni钢板——油箱一汽技术中心3涂层钢板26激光拼焊板减振钢板轻质钢板不锈耐热钢板一汽技术中心其它钢板27零件成形类别与薄板性能指标屈服强度、抗拉强度、延伸率、杯突值r值、n值一汽技术中心4钢板各项性能序号零件成形类别薄板性能指标主要指标重要指标1深拉延成形r值n值、伸长率2胀形—深拉成形n值、r值伸长率3浅拉延成形伸长率、屈服强度n值4弯曲成形屈服强度伸长率、n值5翻边成形伸长率屈服强度、n值28弯曲性能（热轧厚板）拉深(Swift)试验锥杯(C.C.V)试验扩孔(K.W.I)试验凸耳试验刚模胀形试验（配合网格应变测量系统及具体零件FLC—FLD试验）一汽技术中心4钢板各项性能（工艺性能）29左前翼子板零件应变分析图一汽技术中心FLC—FLD020406080100120-60-40-200204060e2,%e1,%FLDFLD-10ABCD30表面形貌（表面毛化形貌）：喷砂毛化、电火花毛化、激光毛化表面毛化形貌也影响涂漆质量镀层板表面处理方式（EG\GI\GA\无机膜)冲压模具的结构、制造质量、使用过程中的修磨，模具硬度、粗糙度、冲压过程中模具温度变化等钢板表面润滑一汽技术中心影响钢板成形性其它因素31喷丸毛化板激光毛化板一汽技术中心钢板表面形貌32焊接性能盐雾试验回弹性能抗凹性能T剥离强度、抗剪切粘接强度粗糙度Ra波纹度Wca一汽技术中心4钢板各项性能（其它性能）33一汽技术中心5一汽企业标准近年来国内、外汽车产业发展迅速，一汽，乃至整个国内汽车厂家都与国外汽车企业进行了技术合作，随着汽车技术的不断提高，汽车用钢板材料也增加了很多品种。目前的钢板国家标准（GB）已远远不能满足汽车生产的需要。国内冶金企业为了满足这些引进车型用钢板品种的需求，相应的引进了各国的的钢板牌号系列，并形成了自