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    汽車(chē)用先進(jìn)高強鋼生產(chǎn)與研發(fā)進(jìn)展
    作者:重慶穩發(fā)物資有限公司 來(lái)源:本站 時(shí)間:2017-1-16 17:2:2
        在汽車(chē)制造領(lǐng)域,鋼與鋁及鎂合金等的競爭已進(jìn)入了一個(gè)新的階段。同時(shí),汽車(chē)制造商也對鋼鐵材料的性能和成本提出了更高的要求,汽車(chē)用先進(jìn)高強鋼(AHSS,AdvancedHighStrengthSteel)的研發(fā)與生產(chǎn)就顯得特別迫切。為滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)更安全、更輕量化、更環(huán)保和更經(jīng)濟油耗的需求,鋼鐵企業(yè)加大了汽車(chē)用先進(jìn)高強鋼的研發(fā)與投資建設,生產(chǎn)與應用也取得了顯著(zhù)進(jìn)展。

      先進(jìn)高強鋼產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)進(jìn)入高峰期

      2015年—2017年是先進(jìn)高強鋼產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)的高峰期。據不完全統計,2015年以來(lái)投產(chǎn)或在建的高強鋼產(chǎn)線(xiàn)有20余條,設計產(chǎn)能為1000多萬(wàn)噸,產(chǎn)品定位多以先進(jìn)高強鋼(AHSS)為主,如浦項光陽(yáng)廠(chǎng)新建的7號連續鍍鋅線(xiàn)、鞍鋼與神戶(hù)制鋼所合資的冷軋連退產(chǎn)線(xiàn)等。另外,統計的產(chǎn)線(xiàn)中以高強度熱鍍鋅產(chǎn)線(xiàn)居多。車(chē)身的耐環(huán)境腐蝕和耐環(huán)境老化性能是汽車(chē)選材及加工工藝應重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一,歐美等發(fā)達國家對汽車(chē)防腐性能提出了嚴格的標準規范,如美國、日本提出了車(chē)身表面耐腐蝕為5年,耐穿孔腐蝕為10年,發(fā)動(dòng)機內腔耐腐蝕極限為2年。鹽霧試驗表明,鍍鋅板的耐鹽霧腐蝕時(shí)間一般是普冷板的2倍—3倍,因此,車(chē)身的外露部件大量使用鍍鋅板是提高車(chē)身抗腐蝕性能的最有效途徑之一。

      我國目前還沒(méi)有官方的防腐蝕標準。在沒(méi)有規范的約束之下,自主品牌汽車(chē)鍍鋅板使用率較低。2015年5月,第三屆中國汽車(chē)防腐蝕與老化技術(shù)論壇上發(fā)布了“汽車(chē)防腐蝕與老化技術(shù)規范體系”,這是國內首個(gè)汽車(chē)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)標準體系,對國內汽車(chē)產(chǎn)品抗腐蝕耐老化性能的提高將帶來(lái)深遠影響。隨著(zhù)我國汽車(chē)產(chǎn)品檔次的提升、官方防腐蝕標準的出臺等,我國汽車(chē)用鍍鋅板有較大發(fā)展潛力,成為各大鋼廠(chǎng)投資建設的重點(diǎn)。

      先進(jìn)高強鋼材料研發(fā)進(jìn)步明顯

      近年來(lái),鋁合金、鎂合金、碳纖維復合材料等輕質(zhì)非鋼材料在國際高端品牌汽車(chē)中的用量呈現逐年增加趨勢。如歐洲車(chē)企正在其高利潤率車(chē)型中擴大鋁材料的應用,福特旗下采用全鋁車(chē)身的F-150皮卡已投產(chǎn),特斯拉ModelS也是全鋁車(chē)身行列的一員。20161月,上汽通用凱迪拉克旗下首款國產(chǎn)豪華大型車(chē)凱迪拉克CT6正式上市,車(chē)身框架的64%由鋁合金材料進(jìn)行打造。隨著(zhù)國內日趨嚴格的排放規定和新能源汽車(chē)的迅速發(fā)展,鋁合金、復合材料在國內自主品牌的應用也開(kāi)始增多。2015年上海車(chē)展上,北汽新能源推出微型純電動(dòng)汽車(chē)——EX概念車(chē),采用全新鋁合金框架式的車(chē)身結構,量產(chǎn)車(chē)將于2017年上市。20153月上市的別克英朗采用鋁合金發(fā)動(dòng)機罩蓋,開(kāi)10萬(wàn)元級緊湊型轎車(chē)應用先河。在此背景下,鋼鐵企業(yè)都在傾力打造滿(mǎn)足汽車(chē)輕量化需求的高端汽車(chē)板產(chǎn)品。2015年以來(lái),寶鋼、浦項、JFE、蒂森克虜伯等重點(diǎn)汽車(chē)板生產(chǎn)企業(yè)在先進(jìn)高強鋼的研制方面取得了顯著(zhù)進(jìn)展。

      寶鋼。2015年2月,寶鋼QP1180GA先進(jìn)汽車(chē)高強鋼全球首發(fā),第一卷QP1180GA鋼成功下線(xiàn)。QP1180GA鋼板首次實(shí)現了980MPa強度以上級別高強鋼的鋅層合金化,在達到了1200MPa的超高強度的同時(shí),具有15%以上的高延展率,具有更好的焊接性能、涂著(zhù)性能、耐熱性和耐腐蝕性,為實(shí)現汽車(chē)的輕量化發(fā)展提供了有力支撐。

      20156月,寶鋼第三代汽車(chē)用鋼中錳鋼,實(shí)現了材料和零件雙全球首發(fā)。該材料包括了冷軋CR980MPa級、熱鍍鋅GI980MPa級和熱鍍鋅GI1180MPa級等系列鋼種;目前已用于后地板左右連接板零件的工業(yè)試制。980MPa級和1180級中錳鋼擁有超高強塑性匹配,屈服強度為760MPa1100MPa,抗拉強度為980MPa1250MPa;成型性好:伸長(cháng)率≥30%;減重能力佳:減重≥15%。因此,其適用范圍比一般超高強鋼更為廣泛,應用前景包括汽車(chē)A柱、B柱、防撞梁和門(mén)檻加強件等眾多車(chē)身結構件。

      201511月,寶鋼發(fā)布了自主研發(fā)的超輕型白車(chē)身BCBBaosteelCarBody),這是國內鋼企首次發(fā)布完整的車(chē)身產(chǎn)品。BCB用材涵蓋寶鋼第一代、第二代和第三代汽車(chē)用鋼,包括最新開(kāi)發(fā)的1180QP、1500MS、950TWIP等新材料,高強鋼應用比例達77.5%,鍍鋅板達75%。在成型工藝方面,應用了寶鋼熱沖壓成型、液壓成型、輥壓成型、VRB板成型和激光拼焊板成型等先進(jìn)成型技術(shù),安全性、舒適性和輕量化達到國際先進(jìn)水平。

      浦項。浦項開(kāi)發(fā)的低密度高強鋼產(chǎn)品從2015年7月開(kāi)始進(jìn)行試生產(chǎn),這一新鋼種名為“HighSpecificStrengthSteels”(簡(jiǎn)稱(chēng)HS),由浦項科技大學(xué)研究小組開(kāi)發(fā),密度僅相當于普通鋼材的15%,卻具有普通鋼材不可比擬的高強度。HS低密度鋼并不是普通的鐵—鋁合金混合物,而是一種全新的化合物。鐵、鋁、碳、錳等元素在適當的熱處理溫度下形成金屬互化物,在870℃—920℃的特殊條件下,對金屬互化物采用鎳調節,金屬互化物的尺寸減小至幾十納米到幾百納米之間,在合金內均勻分布。與鈦相比,這一鋼材體積更小,但強度卻幾乎相同,制造成本僅相當于鈦的十分之一,價(jià)格競爭力優(yōu)勢突出。除了作為汽車(chē)輕量化材料使用之外,該產(chǎn)品在未來(lái)還有望應用于造船、土木、防彈裝甲車(chē)、無(wú)人飛機等領(lǐng)域,前景非常廣闊。

      JFE。2015年12月,JFE開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有良好延展性和擴孔性的980MPa級高強冷軋鋼板,這在業(yè)界屬首例。

      為提高超高強鋼的延展性,需在鋼板的金屬組織中同時(shí)存在富有延展性的軟質(zhì)相和保證強度的硬質(zhì)相。因此,較大的硬度差成為缺陷源,造成延展翻邊、成型性能變差。而擴孔性良好的超高強鋼金屬組織為單一的硬質(zhì)相,延展性較差。JFE采用獨有的熱處理技術(shù),不僅在金屬組織中有軟質(zhì)相和硬質(zhì)相,還分散有中間硬度相,成功地降低了組織中的硬度差,提高了高延展性材料的擴孔性。

      蒂森克虜伯。2015年5月,蒂森克虜伯在日本橫濱太平洋國際會(huì )展中心舉行的“2015人與車(chē)科技展”上展出了用兩種高張力鋼板組合而成的復合鋼板制造的車(chē)身骨架部件。此次展出的是采用熱成型工藝制造的中柱試制品,預計該鋼板最早將于2017年被多家歐洲汽車(chē)廠(chǎng)商采用。

      該復合鋼板TriBond分為中柱用途和前大梁用途兩種類(lèi)型,采用兩塊拉伸強度為500MPa級的高張力鋼板夾住一塊1.5GPa級高張力鋼板的三層構造。

      中柱用鋼板的抗拉強度為1.3GPa,可進(jìn)行角度為85°的彎曲加工,可加工性比以前的1.5GPa級熱成型材料還要好。雖然材料成本比1.5GPa級熱成型材料高出5%左右,但可加工性良好,因此能夠減少材料用量,從而使重量減輕約8%。前大梁用鋼板的抗拉強度為1.1GPa,可進(jìn)行135°彎曲加工。為了在車(chē)輛發(fā)生碰撞后容易吸收沖擊能量,該鋼板的強度低于中柱用鋼板,因而更易發(fā)生變形。蒂森克虜伯通過(guò)實(shí)驗證實(shí),受到撞擊后,該鋼板只會(huì )翻折變形而不會(huì )發(fā)生破裂。

      復合鋼板首先通過(guò)熱軋和冷軋工藝軋薄三層重疊的材料,然后再制成環(huán)形中間材料,以中間材料的形式向汽車(chē)廠(chǎng)商等供貨。采用熱軋工藝將厚度約為250mm的初軋板坯軋薄至約30mm時(shí),三層鋼板會(huì )牢固地接合在一起。

      強度和可加工性可通過(guò)改變三層鋼板的厚度比例來(lái)調整。如果是中柱用鋼板,兩塊500MPa級鋼板的厚度比例各為10%,而1.5GPa級鋼板的厚度比例為80%。如果是前大梁用鋼板,兩塊500MPa級鋼板的厚度比例各為20%,而1.5GPa級鋼板的厚度比例為60%。

      日本。對層壓復合鋼板的開(kāi)發(fā),是日本文部科學(xué)省“以超精加工技術(shù)材料為中心融合新興領(lǐng)域”的研究開(kāi)發(fā)項目,該項目以開(kāi)發(fā)使汽車(chē)進(jìn)一步輕量化的新超高強度、高延展性材料為目標。研究成果顯示,通過(guò)將硬質(zhì)組織與軟質(zhì)組織層狀組合,可實(shí)現高強度和高延展性的統一,即在保持超高強度的同時(shí),層壓復合可實(shí)現現有單一材料難以實(shí)現的高水平的延展性。一直參與項目的新日鐵住金和JFE鋼鐵公司將把這些經(jīng)驗應用于汽車(chē)用高比強度材料的開(kāi)發(fā)中。

      日本政府主導的科研項目“創(chuàng )新型結構材料研究開(kāi)發(fā)”中的子項目“超高張力鋼板開(kāi)發(fā)”有望縮短預期的研發(fā)時(shí)間,于2017年提前完成。項目的目標是在2020財年開(kāi)發(fā)出能同時(shí)實(shí)現抗拉強度1.5GPa和延伸率20%的超高強鋼板,以新日鐵住金、JFE鋼鐵和神戶(hù)制鋼所為主導的日本鋼企開(kāi)展了該項目的研究。項目中期目標是在2015財年研發(fā)出抗拉強度1.2GPa、延伸率15%的鋼板,但在2014財年,這3家公司就已經(jīng)在實(shí)驗室試制成功。

      韓國。韓國政府非常支持“常溫成型延伸率25%以上、密度7.05g/cm3以上的GPa級低密度輕量鋼材”的開(kāi)發(fā)工作。浦項和現代制鐵正在加快研制具有2GPa級強度的汽車(chē)板。浦項為了滿(mǎn)足客戶(hù)需求,正在致力于開(kāi)發(fā)質(zhì)量?jì)?yōu)秀的超高強度馬氏體鋼,以及拉伸強度為1.8GPa2GPa級熱成型鋼?,F代制鐵稱(chēng),正在開(kāi)發(fā)1.8GIGA2GIGA級熱成型鋼和780MPa級底盤(pán)用熱軋鍍鋅板,而980MPa級底盤(pán)用熱軋鍍鋅板產(chǎn)品還在研究之中。

      先進(jìn)高強鋼的應用獲得認可

      鋼鐵企業(yè)所付出的巨大努力也已經(jīng)獲得汽車(chē)行業(yè)的高度認可,多款新品得到了應用。

      2016年,通用旗下邁銳寶、君越、新君威、XT5陸續推出,上述新車(chē)均采用通用最新中高級車(chē)平臺打造,相比之前,運用更多全新技術(shù)、材料,致力于在保證安全的前提下提升輕量化水平。其中,邁銳寶XL在車(chē)身大比例應用了高強度鋼和超強度鋼,在保證強度的情況下,成功實(shí)現減重。作為別克新一代高檔轎車(chē)的代表之作,全新一代君越車(chē)身高強度材料的使用比例達75%,其中超高強度鋼比例罕見(jiàn)性地達到41%。在A柱、B柱、門(mén)檻梁、車(chē)頂和車(chē)底等核心區域,屈服強度在900MPa1500MPa的超高強度鋼和熱成型鋼被大量使用,極大地提高了整個(gè)乘員艙的強度。前后車(chē)門(mén)內,同樣以最高規格的PHS熱成型鋼作為防撞梁。此前,通用雪佛蘭樂(lè )風(fēng)RV率先在國內大規模量產(chǎn)應用寶鋼第三代先進(jìn)高強鋼,整車(chē)采用高強度車(chē)身安全結構,其中超高強度鋼使用比例為6%,超過(guò)同級其他車(chē)型,成功實(shí)現相關(guān)零部件減重20%。20156月上市的上海通用新生代運動(dòng)轎車(chē)別克威朗車(chē)身采用高強鋼比例達72%。20157月,上汽通用五菱汽車(chē)發(fā)布家用SUV“寶駿560”,車(chē)身高強鋼使用比例超過(guò)55%。20161月,北汽紳寶X55上市,車(chē)身高強鋼使用比例達到68%。

      在歐洲,浦項與雷諾三星汽車(chē)近日聯(lián)合發(fā)布公告稱(chēng),即將面世的車(chē)型SM6面板和內部車(chē)體材料上已采用浦項生產(chǎn)的高強度汽車(chē)板。其中浦項生產(chǎn)的1000MPa級超高強鋼板在該車(chē)上的比重高達18.5%,而在雷諾三星現有SM5、SM7車(chē)型上的比重僅為2%左右,有了大幅提高。在18.5%的應用比重中,抗拉強度1300MPa級的超高強鋼板比重為16%,剩下的2.5%1180MPa級的超高強鋼板,同時(shí)采用了TWBHPF技術(shù)。

      鋼鐵行業(yè)追求進(jìn)步的腳步從未停止。在可見(jiàn)的未來(lái),鋼材仍是汽車(chē)輕量化的主角。鋼鐵企業(yè)近年取得的顯著(zhù)進(jìn)展和先進(jìn)高強鋼在汽車(chē)企業(yè)的應用情況也表明,鋼鐵仍然大有潛力可挖,鋼鐵材料的應用仍大有可為,尤其先進(jìn)高強度鋼的應用還將有較大的增長(cháng)空間。為了提升產(chǎn)品競爭力,汽車(chē)主機廠(chǎng)和鋼廠(chǎng)EVI合作會(huì )越來(lái)越重要。鋼鐵企業(yè)要進(jìn)一步提高作為材料供應商對汽車(chē)開(kāi)發(fā)的認識,深層次理解汽車(chē)對材料的要求,引導汽車(chē)制造商使用先進(jìn)高強鋼和先進(jìn)成型技術(shù)等,共同推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)鋼鐵材料研發(fā)和應用的進(jìn)步。

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