1.2 安全性及輕量化應用材料
日本汽車材料開發(fā)應用的另一特點是從汽車安全性及輕量化方面充分考慮使用高強度材料。汽車用鋼板材料主要是通過提高鋼板抗拉強度來降低鋼板厚度，進而達到在滿足汽車車身所需剛性變形條件下，最大限度減輕鋼板質(zhì)量。日本20世紀90年代開始研究高強度鋼板，抗拉強度逐步提高，提高到1180MPa，最新開發(fā)的熱沖壓材料最大Rm,值可達1600MPa。以下介紹兩種日本開發(fā)的代表性高強度材料。
1.2.1 汽車用高強度材料
1.2.1.1使用對象及變化
高強度鋼材使用對象分為兩部分，一部分是汽車車身、減振及車輪用部件，另一部分是底盤和排氣系統(tǒng)。如：需要具備防碰撞功能的零件，汽車門內(nèi)防撞梁，汽車前后保險杠防撞板，車身A柱,B柱，發(fā)動機支撐梁，儀表板支架，門檻加強板，汽車座椅骨架等車身部件；車輪輪輻和輪輞高強度鋼板；高強度彈簧、高碳傳動軸管、高強度發(fā)動機螺栓等。汽車結構件用各種特殊鋼強度一般都達到1000MPa，如汽車轉向節(jié)、轉向扭桿等。圖1列出日本高強度材料到2014年前的發(fā)展及使用預測。到2014年高強度鋼材使用比例將從目前的40%多提高到60%。高強度材料采用比例急劇增加、汽車材料高強度化將成為汽車發(fā)展的重要特征。
1.2.1.2使用狀況
汽車高強度材料的開發(fā)始于1980年，由于第二次世界石油危機后美國頒布CAFe法規(guī)，開始限制燃油標準，日本也于1979年制一定了燃油目標公示值標準，由此開始了一般高強度材料、IF-BH鋼高強度材料以及HOT-DP熱一軋支撐框架類用高強度材料和HOT-TRIP高強度支架用熱軋材料的應用。20世紀90年代開始，美國公布了PNGV大氣凈化法規(guī)，日本在1993年也提出了新的燃油標準和防碰撞安全試驗標準，使得高強度鋼板、能有效吸收碰撞能量材料等相繼開發(fā)使用。2000年在日本京都召開了地球溫暖問題會議，就防止地球溫暖化發(fā)表了京都會議宣言。從此，高強度材料的應用開始迅速普及。
從高強度材料使用預測來看，高強度材料分為340~390、390~440、440~540、590MPa以上、780MPa以上、980MPa以上6個等級。
按強度等級分類，主要汽車零部件使用材料強度如下。
340390MPa車身用鋼板、發(fā)動機罩內(nèi)板、行李箱內(nèi)板、輪罩板、車門板、水箱外板等。
390～440MPa發(fā)動機罩外板、行李箱外板、翼子板、前底板、門檻加強板等。
590MPa級：發(fā)動機支撐梁、發(fā)動機支架、門框加強板、中底板加強板、底板加強梁、輪輻等。
780MPa級：轉向支架、輪輞、后上門框加強板等。
980MPa級：門內(nèi)板防撞梁、汽車座椅骨架、保險杠防撞梁等。
今后，汽車高強度材料使用主要是向高性能、高強度材料發(fā)展，進一步滿足輕量化要求，提高抗沖擊性能，同時進一步提高工藝加工性能。
主要開發(fā)材料特征如下。
a.BH鋼板應用開發(fā)。主要用于發(fā)動機罩板，具有高強度、耐熱性能。
b:高強度DP、TRIP鋼。使用強度在780MPa以上材料，主要用于發(fā)動機支撐梁等。
c.高強度鋼板。強度為980~1180MPa的材料，主要應用在汽車保險杠加強梁等。
d.高強度熱軋鋼板。較厚鋼板一般采用熱軋材料，廣泛使用的熱軋鋼板強度值在440MPa以下。日本開發(fā)的熱軋鋼板強度為590;780MPa的材料將愈來愈多使用在加強梁等部件中。
e.輪輻、輪輞用高強度材料。目前，輪輻材料強度一般在370-440MPa;輪輞材料強度在440-590MPa。今后，輪輻將更多采用590MPa以上材料，輪輞采用780MPa以上材料。
熱軋材料一般較重，強度提高對減輕質(zhì)量、實現(xiàn)汽車輕量化有明顯效果。如車輪鋼材，輪輻材料強度如果從370MPa提高到590MPa，相對質(zhì)量可減輕19%；輪輞材料強度從440MPa提高到780MPa，材料質(zhì)量可減輕16%.
1.2.2 高溫熱沖壓成形鋼板
高溫熱沖壓成形鋼板是新日本鋼鐵株式會社和歐洲ARCELOR共同開發(fā)的超高強度材料，強度值可達到1600MPa，目前在歐美和日本主要汽車制造企業(yè)開始使用。
1.2.2.1使用對象和目的
超高強度鋼板使用對象主要為防撞零件，如車門防撞桿、保險杠加強梁,A柱,B柱、門框加強梁等。防撞零件一般要求強度較高，日本和歐洲開發(fā)的超高強度鋼板彌補了這一缺欠。
1.2.2.2特征
鋼板強度提高后，面臨鋼板沖壓性能較差和回彈度增大兩個問題。
超高強度鋼板加工方法如下:
鋼板→加熱（加熱爐停留5min）→加熱鋼板(900~950℃、200MPa以下）→沖壓（在沖壓機中模具內(nèi)實現(xiàn)淬火處理）→拋丸處理（去除氧化皮）→成品（1600MPa）。
為減少熱軋鋼板熱加工易生成氧化皮阿題，在超高強度鋼板表面上進行鍍鋁處理，即形成超高強度鍍鋁鋼板。
日本開發(fā)的超高強度鋼板有以下特點。
a.在高溫環(huán)境下質(zhì)地柔軟，拉深成形良好，保持預訂形狀無回彈，成形后殘余應力較小。
b.可在保持良好成形性的同時生產(chǎn)各種強度級別的鋼板（通過調(diào)整化學成分）。
c.可一次成形，成形負荷較低。熱沖壓（成形非常柔軟）廠在300t左右沖壓機上；980MPa以上的鋼板成形在2000-3000t沖壓機上。
1.2.2.3主要性能
a.可獲得極高強度材料。熱沖壓材料強度可以達到1600MPa。該強度下材料可以保持良好的淬透。
b，淬火前后機械特性明顯，日本某公司實際測定特性值.如表3。
c.可保持良好的韌性，沖擊韌度達到80J/cm2（溫度在0100℃），低溫脆性也較好。
d.經(jīng)過鍍鋁處理的超高強度鋼板耐腐蝕性非常好，并適合于涂裝加工，其中耐腐蝕性能優(yōu)于GA板。
e.焊接性能較好，可實現(xiàn)多點焊接，焊接部位強度穩(wěn)定。
1.2.2.4今后課題（對于裸材超高強度鋼板）
熱沖壓鋼板在使用時存在以下問題。
a.熱沖壓成形容易因脫碳導致鋼板強度降低、強度不勻，并在鋼板表面產(chǎn)生氧化皮。該氧化皮易附著于模具上， 進而附著在鋼板表面。
b.使用拋丸處理也可能殘留氧化皮和造成殘留應力。
c.需要后鍍膜等，在需要耐腐蝕性較高部位進行再處理。
由于以上原因，目前在使用超高強度鋼板時一般使用熱沖壓成形鍍鋁鋼板。
——《中國金相分析網(wǎng)》
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