汽车用钢铁材料努力适应车体轻型化和环保要求
2003-08-21 00:00 来源： 我的钢铁
日刊《神户制钢技改》报道,世界汽车用钢铁材料为适应车体轻型化和环境要求正发生大的变化。
汽车用钢铁材料由于具有优良的材料特性、经济性、大量稳定供给性和循环性等理由而广泛使用。但是,在车体轻型化的潮流中,铝合金和树脂材料的使用比率增大。另外,减少铅和铬酸盐等污染环境物质及材料循环等成为重大课题。
一、钢铁材料的高强度化
对于车体轻型化,高强度钢材起重要作用,其使用比率逐年增加。1980年使用比率为10%左右,1990年近35%,2000年增至近50%。最近,使用比率进一步上升。
各种高强度钢板。汽车用高强度钢板根据其用途实际采用各种强化机理。传统汽车结构用高强度钢是以添加各种合金成分的固溶体强化型和析出强化型高强度钢为主流。对于要求更高强度则使用组强化的高强度钢。作为车体结构用材料,TS(抗拉强度)440MPa级为主流,但最近的车多采用590MP级。一些部位正实际应用980MPa级的。
一种组织强化型的高强度钢DP(双相)钢,是由软的铁素体相和硬的马氏体构成的显微组织。由于铁素体上的存在而具有低的屈服比和大的延伸率,用于其他高强度钢不可能用的加工性强的零部件。另外,TRIP(相变诱起塑性)钢,利用相变引起塑性,是延伸率极大的钢。在贝氏体或铁素体母相中残留百分之几至30%左右通过变形能相变成马氏体的奥氏体。这种奥氏体在加工时相变成马氏体,这部分强度高,由于变形传播在相对强度低的周围,获得高的加工性能。TRIP钢不仅具有良好的加工性能,还具有冲击吸收性大的特点。神户钢铁公司提出母相为马氏体、分散奥氏体的新型TRIP钢。现在DP钢和TRIP钢抗拉强度590MPa-950MPa级的进入实用化阶段。
对于面板用钢板,设计上要求高的加工性,使用在以极低碳钢为基的IF钢(无间隙钢)上添加P和Mn,强度提高到440MPa级的高强度钢,或使用烧硬化型(BH)钢板。
汽车车体用钢板,在北美和欧洲由于融寺盐引起腐蚀问题,上世纪80年代防锈处理比率上升,开发使用各种防锈钢板。但是,现在考虑到成本和世界供给,采用热镀锌(GI)和合金化热镀锌(GA)钢板比重在增加。尽管高强度热镀锌钢板存在因母材中添加碳、硅、铝等多种合金成分,使锌润湿性降低而不能镀等问题,但现在还在开发强度达780MPa级的GI和GA钢板。
汽车用棒钢和线材 汽车发动机、欧动系统和车轮部分使用的棒钢和线材近年向高强度化发展。
螺栓、悬簧、驱动系统用材料高强度化尤为显著。但是,这些材料由于腐蚀等原因,渗入钢中的微量扩散性氢集中在晶界等处,成为产生龟裂的“延迟断裂”问题。热处理的高强度钢经数秒至几十年后突然破坏的现象称为“延迟断裂”。为防止“延迟断裂”,采取通过热处理以控制晶界析出物,使晶界强度不降低等对策。
悬簧用材料,设计压力从传统的1000MPa级向1200-1300MPa级的高强度化发展。悬簧高强度化,还要考虑永久性变形性、疲劳强度,腐蚀环境下的疲劳寿命等进行开发。
齿轮用钢,为了变速机的轻型化和增大发动机功率,解决齿轮损伤成为课题。为此,汽车制造厂进行二硫化钼的烧涂等的润滑处理。为降低成本和提高可靠性,希望开发高强度材料和省略润滑处理。
二、减轻环境污染材料
无铅材料。作为环境污染物质的铅需禁止和限制使用。汽车用钢材中含铅的材料有燃料罐使用的镀铅易切削钢等。
燃料罐用材料。金属系正从用镀铅钢板转向用度铝钢板和树脂覆层的镀锌钢板,或者转和骼非金属系的全树脂等材料。
易切削钢为提高切削加工的效率添加铅。现在,考虑转向添加和铅一样因低融点有熔融脆化机理的金属,如添加Bi钢;另外,考虑有效利用切削性好的非金属夹杂物,尝试用添加Ti(Ti4C2S2)钢、及含BN、MnS钢等。
无铬酸盐处理钢板。对于无涂漆使用的小零件和电装构件用的镀锌钢板,为防锈目的在镀层表面进行铬酸盐处理。现开发了涂覆厚度1mm以上不含6价铬和铬酸盐等物质的树脂覆层。无铬酸盐钢板的开发使用正在扩大。
三、降低成本材料
非调质材料。棒钢和线材作原料的构件,多数加工后进行淬火和退火等热处理。以降低成本为目的,开发可省略这种热处理的高强度非调质钢材而引起关注。但是,这种材料经热锻成形后晶粒粗大,韧性难确保。因此,采取添加V和TiN获得微细奥氏体的方法和分散MnS保证必要韧性的方法,以获得非调质材料。
新涂漆钢板。欧洲汽车制造厂采用涂覆树脂(含有锌粉等防锈颜料)的镀锌钢板作汽车外板。它具有极高防锈性能,用作车体12年不穿孔的保证材料。此外,采用传统钢板时,为确保防锈能力在门内侧边缘部位用人工涂大量树脂进行密封。采用新涂漆钢板可省略这工序,大幅度降低人工费和材料费,可望大幅度降低成本。
汽车用钢铁材料由于具有优良的材料特性、经济性、大量稳定供给性和循环性等理由而广泛使用。但是,在车体轻型化的潮流中,铝合金和树脂材料的使用比率增大。另外,减少铅和铬酸盐等污染环境物质及材料循环等成为重大课题。
一、钢铁材料的高强度化
对于车体轻型化,高强度钢材起重要作用,其使用比率逐年增加。1980年使用比率为10%左右,1990年近35%,2000年增至近50%。最近,使用比率进一步上升。
各种高强度钢板。汽车用高强度钢板根据其用途实际采用各种强化机理。传统汽车结构用高强度钢是以添加各种合金成分的固溶体强化型和析出强化型高强度钢为主流。对于要求更高强度则使用组强化的高强度钢。作为车体结构用材料,TS(抗拉强度)440MPa级为主流,但最近的车多采用590MP级。一些部位正实际应用980MPa级的。
一种组织强化型的高强度钢DP(双相)钢,是由软的铁素体相和硬的马氏体构成的显微组织。由于铁素体上的存在而具有低的屈服比和大的延伸率,用于其他高强度钢不可能用的加工性强的零部件。另外,TRIP(相变诱起塑性)钢,利用相变引起塑性,是延伸率极大的钢。在贝氏体或铁素体母相中残留百分之几至30%左右通过变形能相变成马氏体的奥氏体。这种奥氏体在加工时相变成马氏体,这部分强度高,由于变形传播在相对强度低的周围,获得高的加工性能。TRIP钢不仅具有良好的加工性能,还具有冲击吸收性大的特点。神户钢铁公司提出母相为马氏体、分散奥氏体的新型TRIP钢。现在DP钢和TRIP钢抗拉强度590MPa-950MPa级的进入实用化阶段。
对于面板用钢板,设计上要求高的加工性,使用在以极低碳钢为基的IF钢(无间隙钢)上添加P和Mn,强度提高到440MPa级的高强度钢,或使用烧硬化型(BH)钢板。
汽车车体用钢板,在北美和欧洲由于融寺盐引起腐蚀问题,上世纪80年代防锈处理比率上升,开发使用各种防锈钢板。但是,现在考虑到成本和世界供给,采用热镀锌(GI)和合金化热镀锌(GA)钢板比重在增加。尽管高强度热镀锌钢板存在因母材中添加碳、硅、铝等多种合金成分,使锌润湿性降低而不能镀等问题,但现在还在开发强度达780MPa级的GI和GA钢板。
汽车用棒钢和线材 汽车发动机、欧动系统和车轮部分使用的棒钢和线材近年向高强度化发展。
螺栓、悬簧、驱动系统用材料高强度化尤为显著。但是,这些材料由于腐蚀等原因,渗入钢中的微量扩散性氢集中在晶界等处,成为产生龟裂的“延迟断裂”问题。热处理的高强度钢经数秒至几十年后突然破坏的现象称为“延迟断裂”。为防止“延迟断裂”,采取通过热处理以控制晶界析出物,使晶界强度不降低等对策。
悬簧用材料,设计压力从传统的1000MPa级向1200-1300MPa级的高强度化发展。悬簧高强度化,还要考虑永久性变形性、疲劳强度,腐蚀环境下的疲劳寿命等进行开发。
齿轮用钢,为了变速机的轻型化和增大发动机功率,解决齿轮损伤成为课题。为此,汽车制造厂进行二硫化钼的烧涂等的润滑处理。为降低成本和提高可靠性,希望开发高强度材料和省略润滑处理。
二、减轻环境污染材料
无铅材料。作为环境污染物质的铅需禁止和限制使用。汽车用钢材中含铅的材料有燃料罐使用的镀铅易切削钢等。
燃料罐用材料。金属系正从用镀铅钢板转向用度铝钢板和树脂覆层的镀锌钢板,或者转和骼非金属系的全树脂等材料。
易切削钢为提高切削加工的效率添加铅。现在,考虑转向添加和铅一样因低融点有熔融脆化机理的金属,如添加Bi钢;另外,考虑有效利用切削性好的非金属夹杂物,尝试用添加Ti(Ti4C2S2)钢、及含BN、MnS钢等。
无铬酸盐处理钢板。对于无涂漆使用的小零件和电装构件用的镀锌钢板,为防锈目的在镀层表面进行铬酸盐处理。现开发了涂覆厚度1mm以上不含6价铬和铬酸盐等物质的树脂覆层。无铬酸盐钢板的开发使用正在扩大。
三、降低成本材料
非调质材料。棒钢和线材作原料的构件,多数加工后进行淬火和退火等热处理。以降低成本为目的,开发可省略这种热处理的高强度非调质钢材而引起关注。但是,这种材料经热锻成形后晶粒粗大,韧性难确保。因此,采取添加V和TiN获得微细奥氏体的方法和分散MnS保证必要韧性的方法,以获得非调质材料。
新涂漆钢板。欧洲汽车制造厂采用涂覆树脂(含有锌粉等防锈颜料)的镀锌钢板作汽车外板。它具有极高防锈性能,用作车体12年不穿孔的保证材料。此外,采用传统钢板时,为确保防锈能力在门内侧边缘部位用人工涂大量树脂进行密封。采用新涂漆钢板可省略这工序,大幅度降低人工费和材料费,可望大幅度降低成本。
