汽車減重對(duì)鋼鐵提出更高要求

　　近日，在由鞍鋼集團(tuán)公司、中國金屬學(xué)會(huì)主辦，中國汽車工程學(xué)會(huì)協(xié)辦的第二屆汽車用鋼生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)國際研討會(huì)上，先進(jìn)高強(qiáng)汽車鋼因可滿足汽車輕量化和提高安全性的要求，具有廣闊的市場發(fā)展前景而受到關(guān)注，在全球范圍內(nèi)掀起研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的熱潮。與會(huì)代表指出，第三代汽車用鋼中的中錳鋼是目前研發(fā)的熱點(diǎn)，其中如何通過鋁的添加提高加工硬化率，得到符合汽車零件加工的應(yīng)力應(yīng)變曲線、如何實(shí)現(xiàn)此種低密度鋼板的連鑄是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)面臨的新課題。

　　汽車減重對(duì)鋼鐵提出更高要求

　　據(jù)了解，2013年，中國汽車剛性需求將依然強(qiáng)勁，汽車出口具有較大市場潛力，預(yù)計(jì)需求量在2080萬輛左右，增長率約為7%。未來，隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸升級(jí)，中國汽車產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)閲窠?jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

　　會(huì)議指出，高端汽車用鋼的供給、研究與開發(fā)水平往往作為衡量一個(gè)國家鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。近年來，隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益加劇，節(jié)能和安全成為汽車制造業(yè)的主要發(fā)展方向。在降低油耗、減少排放的諸多措施中，車體輕量化技術(shù)的作用最為明顯，車重降低10%，可節(jié)省燃油3%～7%。世界各大汽車公司逐步增加了高強(qiáng)鋼的使用量，先進(jìn)高強(qiáng)鋼在汽車工業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。近十年來，世界汽車制造用鋼名牌品種已更新了70%。中國鋼鐵工業(yè)根據(jù)汽車工業(yè)發(fā)展的需求，逐步走上了“鋼材品種、構(gòu)件設(shè)計(jì)、成型技術(shù)、焊接技術(shù)、涂裝技術(shù)、腐蝕和防護(hù)技術(shù)同步開發(fā)，為汽車制造企業(yè)提供一攬子技術(shù)解決方案”的道路，顯著加快了汽車用鋼開發(fā)至大批量應(yīng)用的節(jié)奏。

　　汽車用高強(qiáng)鋼研發(fā)有新進(jìn)展

　　韓國浦項(xiàng)公司的汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的研發(fā)和生產(chǎn)處于國際領(lǐng)先水平。會(huì)上，Se-DonChoo博士介紹了浦項(xiàng)在汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼方面的最新進(jìn)展，他們提出的第三代汽車鋼強(qiáng)塑積指標(biāo)為25GPa%~50GPa%，思路是通過鋁的添加實(shí)現(xiàn)材料的低密度和減重，同時(shí)獲得優(yōu)異的力學(xué)性能。

　　據(jù)介紹，浦項(xiàng)利用490DP和590DP替代340BH生產(chǎn)汽車外板，可分別實(shí)現(xiàn)車身減重7%和21%;具有高延伸率和高r值的340ES鋼板可用于汽車內(nèi)板和外板，實(shí)現(xiàn)減重7%;已開發(fā)成功具有優(yōu)良彎曲性能、低碳當(dāng)量的DP980，以及1470MPa級(jí)熱鍍鋅馬氏體鋼;全球首家供貨的1180MPa級(jí)合金化熱鍍鋅復(fù)相鋼，替代電鍍鋅590TRIP，可實(shí)現(xiàn)車身減重33%;最新研發(fā)了具有更好耐腐蝕性能的鍍鋅熱成形鋼;TWIP鋼已成功用于歐洲某車型的防撞梁上，減重28%，節(jié)約成本22%。

　　據(jù)鋼鐵研究總院的曹文全教授介紹，國內(nèi)第三代汽車用鋼的研發(fā)也取得新進(jìn)展，由太鋼和鋼研院合作完成了工業(yè)試制，鋼板的抗拉強(qiáng)度為700MPa~900MPa，強(qiáng)塑積不小于30GPa%。但同時(shí)有專家認(rèn)為，強(qiáng)塑積30GPa%不應(yīng)作為定義第三代汽車用鋼的標(biāo)準(zhǔn)。

　　理論研究支撐高強(qiáng)鋼發(fā)展

　　先進(jìn)高強(qiáng)汽車鋼的開發(fā)，離不開基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。會(huì)上，來自加拿大麥克馬斯特大學(xué)的Embury教授從微觀組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度提出了汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的發(fā)展方向。他指出，隨著層錯(cuò)能的降低，鋼板的變形機(jī)制將從位錯(cuò)滑移向機(jī)械孿晶、馬氏體相變轉(zhuǎn)化，因而可以通過改變成分設(shè)計(jì)控制層錯(cuò)能，進(jìn)而選擇需要的變形機(jī)制。在DP鋼中，晶粒尺寸的減小將導(dǎo)致其強(qiáng)度的提高，而對(duì)于TWIP鋼，孿晶的產(chǎn)生將帶來類似于晶粒細(xì)化的結(jié)果，從而驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)Hall-Petch公式。另外，Embury教授還從幾何尺寸設(shè)計(jì)、成分的不均勻性以及改變成形溫度等角度提出了Architectured材料的概念，例如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板使用的“三明治”材料、脫碳層的控制和鋼板的溫成形技術(shù)。

　　荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Sybrand教授介紹了一種利用部分循環(huán)相變，分析熱膨脹曲線，研究相變后晶粒長大動(dòng)力學(xué)的方法。局部平衡模型很好地預(yù)測了循環(huán)形變過程中的曲線特征，表明置換合金元素的分配是低合金鋼相變動(dòng)力學(xué)中的決定性因素，這對(duì)于業(yè)界全面理解先進(jìn)高強(qiáng)鋼退火過程中奧氏體和鐵素體兩相間的相互轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

　　關(guān)于微合金化，來自多個(gè)國家的專家、學(xué)者分別介紹了釩元素在汽車高強(qiáng)鋼中的應(yīng)用、納米尺寸含釩碳化物析出強(qiáng)化型TWIP鋼的加工硬化機(jī)制、含釩DP980鋼的結(jié)構(gòu)和性能、在先進(jìn)高強(qiáng)鋼的發(fā)展歷程中鈮元素所起的作用等。

　　重視發(fā)展熱成形技術(shù)

　　先進(jìn)高強(qiáng)汽車鋼的應(yīng)用必然伴隨著先進(jìn)的加工工藝和應(yīng)用技術(shù)。

　　法國雷諾公司的代表主要介紹了雷諾公司利用滾壓成形制造車身結(jié)構(gòu)件的情況，其中變截面滾壓成形技術(shù)作為雷諾公司的主打技術(shù)已經(jīng)成為車型設(shè)計(jì)中高強(qiáng)鋼成型的主要發(fā)展方向。他提出減輕車身重量的方法：減少材料的厚度，利用合并零部件來減少車身零部件的數(shù)量，利用高強(qiáng)鋼減少局部加強(qiáng)件的數(shù)量等。同時(shí)，可以通過改變零部件幾何形狀來改善上述方法帶來的車身靜態(tài)剛度減少問題。

　　來自德國大眾公司的代表主要介紹了高爾夫7車型的車身輕量化設(shè)計(jì)方案，從白車身、引擎、油箱等方面提出了輕量化的設(shè)計(jì)思路。據(jù)其介紹，熱成形工藝作為高爾夫7白車身的主要減重手段，使白車身的總量減少了12kg，激光拼焊板及輕量化幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為車身減重的輔助手段將車身分別減重4kg和7kg。此外，大眾MQB模塊化平臺(tái)可以降低高強(qiáng)鋼零部件的生產(chǎn)成本，提高車型的制造精度，通過MQB零部件整合，可使車身重量進(jìn)一步降低。

　　世界汽車用鋼聯(lián)盟主席CeestenBroek介紹了未來鋼質(zhì)汽車項(xiàng)目FSV的研發(fā)情況。該項(xiàng)目針對(duì)新一代電動(dòng)汽車，突出了車身結(jié)構(gòu)的概念，證明新型鋼鐵可成功縮短與鋁材在實(shí)現(xiàn)輕量化車身結(jié)構(gòu)上的差距，這種車身結(jié)構(gòu)安全性高，生命周期排放量低，卻又保持了適中的成本。

　　他指出，與基準(zhǔn)的、非常高效的汽車相比，未來鋼質(zhì)汽車將生命周期的溫室氣體排放總量減少了70%。而生命周期評(píng)估方法LCA是認(rèn)定和管理排放量的優(yōu)選方法。他呼吁，全球監(jiān)管機(jī)關(guān)應(yīng)拋棄當(dāng)前以排氣管作為唯一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，而應(yīng)執(zhí)行生命周期分析。

　　針對(duì)高強(qiáng)汽車鋼應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，與會(huì)專家提出，隨著汽車用鋼強(qiáng)度的不斷提高以及熱沖壓成形鋼的興起，熱成形技術(shù)和滾壓成形技術(shù)成為目前研究的焦點(diǎn)，其中熱成形技術(shù)更是重中之重。由于歐美車系對(duì)熱成形鋼的青睞，全球熱成形鋼的需求顯著增加，而國內(nèi)掌握熱成形技術(shù)的鋼鐵企業(yè)卻寥寥無幾，嚴(yán)重阻礙該項(xiàng)技術(shù)在國產(chǎn)車型上的應(yīng)用，這是值得國內(nèi)鋼鐵企業(yè)注意的一個(gè)重要發(fā)展方向。

來源：中國冶金報(bào)

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