淺析高強度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用

胡桂也

摘 要：高強度鋼的應(yīng)用為實現(xiàn)汽車輕量化目標不可缺少的材料之一，近年來我國的成形工藝以及計算仿真技術(shù)呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢，在這樣的背景下，高強度鋼、雙向鋼以及熱成形鋼等在汽車部件制造中的應(yīng)用越來越常見。本文對高強度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：高強度鋼；汽車輕量化；應(yīng)用研究

1高強度鋼種類分析

將高強度鋼的強度作為依據(jù)對其進行劃分，主要能夠?qū)⑵浞譃楦邚婁撆c超高強鋼。其中的高強鋼標準為屈服強度處于210～550MPa之間，抗拉強度處于270～700MPa之間，對于超高強鋼的定義是其屈服強度超過550MPa，抗拉強度超過700MPa。若將冶金學特征作為依據(jù)對高強度鋼進行劃分，主要能夠?qū)⑵浞殖上冗M高強度鋼以及普通高強度鋼。

1.1高強度鋼分析

高強度鋼歸屬于固溶強化鋼范疇，通過對超低碳以及鋁鎮(zhèn)靜鋼中添加相應(yīng)的固溶強化元素，例如磷、錳、硅，便能夠使強度得到一定程度提升，其中抗拉強度能夠達到450MPa。高強度鋼在實際中的應(yīng)用在機械性、化學處理性等方面的優(yōu)勢表現(xiàn)較為突出，目前在車身結(jié)構(gòu)件以及開啟件方面的應(yīng)用較為常見。

1.2烘烤硬化鋼分析

烘烤硬化鋼的金相組織基礎(chǔ)主要為鐵素體，通過進行固溶強化來實現(xiàn)強度的提升，其所表現(xiàn)的一個明顯特征是所使用磷元素能夠在鋼冶煉期間和碳以及氮之間發(fā)生一定的固溶強化。在進行鋼板沖壓時，鐵素體中的位錯密度會得到相應(yīng)的提升，與此同時碳以及氮原子朝向位錯的擴散距離發(fā)生一定的縮短，在烘烤硬化鋼車身進行受熱過程中，固溶體中碳以及氮原子擴散也會因此擁有了足夠的能量，碳以及氮原子便能夠在位錯位置進行析出，使工件具備的屈服強度得到很大程度的提高，所以相關(guān)領(lǐng)域?qū)⒋朔N類型的高強度鋼稱作烘烤硬化鋼。

1.3雙相鋼分析

雙相鋼作為現(xiàn)階段一種新興的高強度鋼，主要以相變?yōu)榛A(chǔ)，基于微觀組織角度而言，雙相鋼主要包含軟鐵素體以及硬相馬氏體。對于雙相鋼具備的力學性能來說，其在擁有高強度的同時，還有著相對較高的加工硬化指數(shù)以及低屈強比。雙相鋼的獲取主要是對低碳鋼經(jīng)過兩相區(qū)熱處理或者是針對低碳微合金鋼兩相區(qū)的熱處理，馬氏體在鐵素體基體中主要以島狀分布形式存在，其含量處于5%～20%范圍之內(nèi)，鋼的強度與馬氏體含量之間呈正比關(guān)系，具體來說就是后者的含量越高，前者強度越高，通常來說鋼的強度會保持在500～1200MPa之內(nèi)。雙相鋼具備的伸長率和加工硬化率相對較高，并且其具有較為良好的抗疲勞性。當前雙相鋼的類型多種多樣，能夠應(yīng)用在汽車安全件以及結(jié)構(gòu)件的制造方面，例如對于汽車前內(nèi)與后內(nèi)縱梁的制造。

1.4相變誘導塑性鋼分析

相變誘導塑性鋼類型高強度鋼的金相組織為鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體。相變誘導塑性鋼在發(fā)生變形時，殘余奧氏體會產(chǎn)生誘導相變，從而會轉(zhuǎn)化成馬氏體，從而實現(xiàn)相變強化以及塑性增長。針對相變誘導塑性鋼這一類鋼來說，其具有較為良好的抗拉強度，同時擁有相對較強的成形性，和雙相鋼相比，相變誘導塑性剛具備的成形性要更為良好，同樣其也融合了烘烤硬化鋼的性能，有著較為突出的擴孔性。就當前總體情況來看，相變誘導塑性鋼在汽車行業(yè)中還未得到廣泛推廣和應(yīng)用。

1.5多相鋼分析

此種類型鋼組織和相變誘導塑性鋼之間存在較多相似之處，其通常是以多種元素的合金成分體系作為基礎(chǔ)，通過鈦、釩等元素微合金化所形成的晶粒細化效應(yīng)而形成相應(yīng)的強化效應(yīng)，與此同時搭配相應(yīng)的卷取工藝而生產(chǎn)，其所包含的組織主要有鈮、鈦以及鐵素體等。在馬氏體、貝氏體和所產(chǎn)生的復合作用下，多相鋼的強度通常能夠達到800～1000MPa，擁有非常突出的吸收性能以及擴孔性能，在車門防撞桿以及保險杠等構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用具有較強適用性。

2當前高強度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用情況探討

為了實現(xiàn)汽車制造安全化與輕量化目標，在鋁鎂行業(yè)競爭激烈程度不斷加劇背景下，20世紀90年代，國際鋼鐵協(xié)會的多家公司共同落實了超輕鋼制車項目。該項目的主要內(nèi)容是加強對高強度鋼板的利用，同時積極融合液壓成形以及激光拼焊板等現(xiàn)代化先進技術(shù)，促使所制造企業(yè)的重量和以往相比在減輕25%的同時，車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度以及靜態(tài)彎曲強度也獲得了很大程度的提升，在這樣的背景下，汽車安全等級已經(jīng)能夠充分滿足歐洲最高標準。在ULSAB車體中對于高強度鋼板的使用率達到了90%，在這當中的雙相鋼使用占比相對較高，除此種類型的鋼之外，其中還融合了大約為4%的馬氏體鋼。近年來，歐美相關(guān)汽車企業(yè)在進行新款汽車研發(fā)過程中對于ULSAB項目技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，高強度鋼在汽車的車身、底盤等部位的融合程度非常高。

國內(nèi)汽車制造企業(yè)所應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)很大程度借鑒了國外母公司，伴隨著長期的發(fā)展與進步，目前國內(nèi)汽車制造對于高強度鋼的應(yīng)用水平和國外已經(jīng)較為接近。然而針對國內(nèi)的自主品牌汽車企業(yè)來看，與國外相關(guān)企業(yè)相比，其對于高強度鋼的使用要相對較為落后，目前正在不斷加大力度進行追趕?，F(xiàn)階段我國的自主品牌汽車企業(yè)對于一些新車型的開發(fā)加強了高強度鋼的使用，到現(xiàn)在為止，高強度鋼在汽車車身質(zhì)量中的占比已經(jīng)超過了45%。與此同時，現(xiàn)階段我國的鋼鐵企業(yè)也在汽車用高強度鋼的開發(fā)方面給予了較高的重視程度，并且在此方面投入了較多的人力、時間以及成本，目前已經(jīng)有較多企業(yè)能夠生產(chǎn)雙相鋼、烘烤硬化鋼以及相變誘導塑性鋼等多種類型鋼。雖然當前我國的鋼鐵企業(yè)能夠為汽車制造提供多種類型的高強度鋼板，但是從整體來看，與國外相比，我國的高強度鋼生產(chǎn)水平仍然有較大的提升空間。

3結(jié)束語

綜上所述，就目前實際情況來看，高強度鋼在汽車減重、降耗以及提高汽車安全性等方面的應(yīng)用能夠發(fā)揮非常重要的優(yōu)勢，本文探討了高強度鋼在汽車輕量化中的應(yīng)用，以供參考。

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