汽车板发展方向——轻量化、耐冲击以及使用寿命长

  近年来，随着汽车尾气排放标准的提高，开发汽车用轻量化、抗冲击性能好以及使用寿命长的钢板已成为必然趋势。为此，国外钢铁公司开发出如下汽车用钢板：

  薄板

  析出强化形高强度热轧钢板（纳米级高强度钢板）

  用于复杂部件的热轧钢板通常要经过复杂的成形过程，因此提高延伸率和扩孔率一直是热轧钢板追求的两个重要参数。针对上述问题，目前已成功开发出780MPa纳米级高强度热轧钢板并得到商业化应用。该纳米级高强度钢板有以下3个特点：具备加工性能优异的铁素体单相组织；析出物微细化到几个纳米；析出物耐热的稳定性极高。

  对于以前的析出强化钢，析出物（如NbC和TiC等）的直径为几十个纳米，而NANO高强度钢板中的析出物细化到了几个纳米，而且钢板受热时析出物的稳定性极高。像这样几个纳米直径的超微细析出物在商用钢中得以析出，这在世界上还是第一次。

    780MPa级NANO高强度钢由于未添加强化元素Si，使得该钢种可取代热镀锌钢板加以应用，期望该高强度钢日后可取代780、980MPa级的合金化热镀锌钢板（GA）。

  应变时效高强度热轧钢板（BHT钢板）

  目前，应变时效高强度热轧钢板已成功开发，它是一种成形时强度低、加工性能优良，经烤漆加工处理后，抗拉强度明显增加，而且耐常温时效性优良的钢板。从该钢板的应变时效处理前后的应力一应变曲线图上可以看出：该钢板与以前的烤漆硬化钢板相比最大的不同点是抗拉强度增加。新开发钢种的硬化机理是在热轧温度范围内，利用比c原子固溶度高的N原子实现更高的应变时效硬化。

  对于新开发的热轧钢板，首先通过单向拉伸给予0％-15％的预应变，而后进行烘烤加工处理（温度170C、20min），使得钢板的屈服强度以及抗拉强度均得到增加。而且预应变量的大小对钢板屈服强度和抗拉强度的增加量有一定影响。与以前的烘烤硬化钢板相比，新开发的钢板给予2％的预应变量后屈服强度的增加量可高达约100MPa，而且其抗拉强度也明显增加。抗拉强度的增加量随着预应变量的增加而增加，当预应变量为10％，其增加量大约为60MPa。但如果再增加预应变量，抗拉强度的增加量变化不大。

  以前的钢板仅通过高速变形时产生的加工硬化来增加钢板的抗拉强度，而新开发的钢板不仅通过变形时产生的加工硬化来增加钢板的抗拉强度，而且还通过应变时效硬化来增加钢板的抗拉强度。因此该钢种的开发有助于满足汽车轻量化的要求。

  高强度合金化热镀锌钢板

   1）超细晶粒（SFG）高强度钢板

  汽车车身用钢板一方面要具备良好的深冲性能，另一方面要具备良好的外观。近年来，为满足汽车轻量化的要求，降低燃油消耗，要求开发一种可与低碳钢相媲美的、深冲性能良好的汽车面板用高强度合金化热镀锌钢板。

  为满足上述要求，目前成功开发出一种超细晶粒高强度钢板，该钢板具有良好的深冲性能，而且适合用于合金化热镀锌后续加工。该钢板的强化机理是通过增加碳含量（大约是IF钢碳含量的3倍），而且通过添加当量以上的Nb含量，使得超细Nb碳氮化物弥散析出，从而使钢板的强度通过晶粒细化以及析出物的弥散得到强化。该钢板由于减少了Si、Mn、P等固溶强化元素的添加量，使得其表面质量可满足GA钢板基板的要求。而且，该钢板r值趋向更高化。通过金相组织观察发现，该钢板的晶界附近由于缺少NbC，形成了一无析出带区，使得钢板冲压成形的初期阶段，强度低的晶界附近首先开始发生屈服，与以前的IF高强度钢相比，发挥出了低屈服比、高加工硬化的特性。而且，该钢种的，值高，即使在高的冲击力作用下，也不容易发生皱褶，因此采用以前钢种难以成形的部件，采用该钢种有可能成形。

   2）低碳当量型高强度钢板

  一般情况下，为提高钢板强度，需要添加一定量的成本较为低廉的C、Si、Mn、P等固溶强化元素。C、Si、Mn属于增加钢淬透性的元素；而P、S固溶元素是导致焊接区域材质脆化的元素，这种元素过多容易导致焊点内部断裂，从点焊的角度看，应尽可能减少这种固溶强化元素的添加量；从实现涂层的角度来看，Si、Mn固溶元素容易作为氧化物在钢板表面富集，从而对金属镀层的粘着性产生不利影响；而P由于阻止Fe原子的晶界扩散，减慢钢板的合金化速度，因此这种元素也应减少。

  为此，通过减少影响合金化镀锌钢板特性的不利元素，开发出点焊性能良好的、抗拉强度在590-980MP。

   TS590-980MPa级高强度GA钢板的生产是添加不损害点焊性能以及热镀性能的Ti、Nb以及Mo等元素，从而利用析出强度、细晶强化以及组织强化等各种各样的强化机理使钢板得以强化。

  通过适量添加Mn那样的合金元素，尽量减少P、S那样的产生不可避免夹杂物的元素所开发的低YR型GA钢板，与以前的冷轧钢板相比具有同等的延伸率和扩孔率。而且，以析出强化和细晶强化为主的高YR型GA钢板，其延伸率略低于低YR型GA钢板。

  所开发的GA钢板点焊接头的十字抗拉强度（CTS）和剪断抗拉强度（TSS）之比即延性比可确保在0.5以上。与以前的钢种相比，获得了良好的点焊性能。

  高加工性超高强度冷轧钢板

    980-1470MPa级超高强度冷轧钢板已成功进行商业化生产。该钢板的生产是灵活利用了GAL水冷工艺，使得拥有低合金成分的钢种得到淬火强化。而且，通过控制钢种的低碳当量成分设计以及回火马氏体组织的碳化物形态，可以改善1180MPa以上超高强度钢的耐腐蚀性能。

  而且近年来，超高强度钢在复杂形状部件方面的应用不断增加，这就不仅需要改善钢板的延展性能，而且还要控制坯料端面产生的翻边加工断裂。以延展性高的双向钢为基础，通过降低铁素体和马氏体之间的强度差，成功开发出与590MPa高强度冷轧钢板具有同等程度凸缘加工性能的钢板。而且，针对高强度钢板冲压成形后回弹所导致的尺寸精度问题，可通过降低弥散强化以及利用CAL水冷工艺使钢板纵向和横向强度加强得以解决。

  对于980MPa级超高强度钢，已经开发出胀形成形部件用高延展性、低屈服比的双向钢板以及弯曲成形部件用超高扩孔率钢板。特别是超高扩孔率钢板，其扩孔率可超过440MPa级钢板。

  高加工性高碳钢板

  作为机械结构用材料的高碳钢板已经在汽车驱动系统部件上得到推广使用。为降低这些部件的制造成本，目前其加工工艺已由以前的铸造、锻造转换成冲压成形形变热处理。但是，对于尺寸精度要求较高的齿轮部件来说，为改变钢板各向异性所导致的形状缺陷，必须采用矫正工艺。针对高碳钢板在上述那样难成形、高尺寸精度部件上的应用，开发出具有良好成形性和淬透性、板面内各向异性极小的各向同性高碳冷轧钢板。通过控制渗碳体的弥散以及再结晶织构，可使钢板深冲成形件圆筒上周边耳缺陷极小，而且无偏心，因此高碳钢板在回转体部件上的应用将成为可能。

  另一方面，对于自动变速装置中离合器以及行星齿轮架部件的一体化成形，在进行凸缘成形以及增厚加工时，去毛刺加工性能以及高的形变能就变得极为重要。针对上述问题，通过高精度控制热轧工艺的冷却过程，达到控制组织的目的，进而开发出扩孔加工性能良好的高碳热轧球化退火钢板。利用新开发的高碳钢板模拟凸缘成形后发现：该钢板的凸缘成形性与以前的高碳钢板相比大幅提高，而且一体化成形以及部分增厚的处理变得更加容易。新开发的钢板由于渗碳体碳化物的均匀微细弥散，再加上低温短时间的高频加热，因此可获得良好的淬透性和冲孔性。

  表面处理钢板

  汽车用高润滑表面处理钢板

  近年来，随着冲压件成形的复杂化以及一体化，而且伴随着高强度钢板应用的不断增加，对钢板的冲压成形性提出了更高的要求，此时表面润滑技术成了人们关注的焦点.

  作为汽车防锈钢板主流的GA钢板，开发其润滑技术的呼声越来越高。为此，开发出两种类型的无机类高润滑合金化热镀锌钢板（GA-N和GA-K），并进行了实用化。

   1）无机类高润滑合金化热镀锌钢板的开发

  为改善钢板最后的涂漆性能，通过在GA钢板表面实施两层电镀合金：一层是Fe-Zn合金；另一层是Fe―P合金，开发出两层合金化热镀锌钢板（2层GA）。该钢板表面的Fe系电镀层具有良好的摩擦性能，从而可改善钢板的冲压成形性能。而新开发的无机类高润滑GA钢板与2层GA钢板相比成本更低，而且具备同等程度的、良好的润滑性能。

   GA-N钢板是在GA钢板的表面上施加Ni-Fe-O复合无机润滑层。该钢板通过将冲压成形性、焊接性和粘着性等要求特性的有效成分进行复合化，从而满足各种各样特性高标准的要求。该钢板利用50nm厚的Ni系极薄保护层（大约是2层GA钢板的1/10）提高其冲压成形性以及焊接性能。该钢板冲压成形性的提高主要通过高熔点Ni-Fe-O复合氧化膜提高其耐粘着性和金属Ni提高其与冲压油的亲和力加以实现，而且其通过控制焊接电极烧嘴表面形成的脆性Cu-Zn合金量提高焊接性能。

   GA-K钢板的无机类润滑保护膜由固定Zn化合物和保护膜的粘合剂成分构成。Zn化合物可大大改善其耐粘着性，提高其润滑性，粘合剂不单单起到固定保护膜的作用，而且其通过提高与金属镀层的粘着性和相溶性可提高钢板的粘附性。该钢板的无机类润滑处理保护膜兼备良好的润滑性和粘着性，其通过涂料机在钢板表面涂敷处理釉剂，而后通过干燥器干燥后形成，一般情况下采用辊涂机设备可能比较容易实现此处理过程。

  下表对GA-N、GA-K钢板的综合特性与2层GA和GA钢板的特性进行了比较。

汽车用GA-N、GA-K、2层GA和GA4种钢板性能比较

产品	冲压成形性	焊接性	粘着性
GA-N	极好	极好	好
GA-K	极好	好	极好
2层GA	极好	好	好
GA	好	好	好

 

  表面质量极佳的镀锌钢板

  尽管热镀锌钢板（GI）与电镀锌钢板相比具有生产成本低的优点，但前者的表面质量远远落后于后者。因此提高热镀锌钢板的表面质量以及改善汽车车体组装过程中产生的各种质量问题就成为必然。为解决此问题，开发出汽车面板用GI生产技术，以下将对其生产技术以及表面质量进行介绍：

   1）提高表面质量

  浮渣作为CI钢板的质量问题之一，其附着在钢板表面，导致钢板冲压成形后产生表面缺陷。钢板热镀锌过程中，钢板溶解出的Fe原子与锌熔池中添加的Al和熔融Zn反应形成的Fe-Al系和Fe-Zn系金属间化合物，这些金属间化合物就是浮渣，浮渣的产生将对锌熔池中Al浓度以及锌熔池温度产生很大影响。

  采用1个锌锅同时进行GI和GA钢板生产的情况下，从GA转向GI钢板的生产时，由于锌熔池中AI浓度增加，导致Fe-Al系浮渣大量产生。为此，国外某钢厂为其连续式热镀锌生产线又增加了1个锌锅，以便GA和GI钢板生产时可采用专用锌锅。通过创造稳定的熔池条件，将浮渣的产生量限制到最小。而且通过控制锌锅的摩擦接触条件（摩擦接触压力、喷嘴―钢板距离和喷嘴在熔池中的高度），确立波纹发生防止技术。

    2）表面光洁度以及滑动特性

    GI钢板表面光洁度的提高可通过控制平整机平整过程中平整辊的表面光洁度、载荷以及张力加以实现。日本西日本钢厂冷轧厂采用喷丸织构化加工装置作为辊加工机，后又增加了激光织构化加工装置，1999年12月又引入了放电织构化（EDT）加工装置。通过对以上3种辊加工机的加工范围进行比较，发现EDT加工装置具有更大的加工范围。

   通过将GA、电镀锌钢板（EC）、冷轧钢板（CR）和热镀锌钢板（GI）表面附着1.5g/m²冲洗油，并在其上下表面放上长20mm、宽20mm的金属片，而后施加1960N的压力，以20mm/min的速度进行平面滑动，测量其摩擦系数，结果显示：与GA、EG和CR钢板相比，CI钢板的摩擦系数最小，具有最灯的滑动特性。