汽車鋼板材料技術及發展趨勢

2021-03-04 09:50:03 字數 4661 閱讀 9935

在汽車中,鋼板用量一般佔汽車鋼材總用量的55~80%。一般汽車中鋼、鋁、塑料所佔比例分別為51∶12∶10。構成車身的部件大致分為面板部件、結構部件、行走部件及增強部件。

這些部件對應不同的用途要求,具有不同的效能。例如,面板部件要求板材具有良好的成型性、強度、延伸性、抗凹陷性、耐腐蝕性等;結構部件要求板材具有良好的成型性、強度、碰撞能量吸收能力、疲勞耐久性、耐腐蝕性、焊接性;行走部件要求具有良好的成型性、剛性、疲勞耐久性、耐腐蝕性、焊接性;而優良的碰撞能量吸收能力、焊接性對增強部件來說特別重要。

節能、環保、安全是當今世界汽車發展的主題,為此,世界主要汽車大國都積極應對,如美國2023年9月啟動的新一代汽車夥伴專案(pngv),其目標是在十年內通過提高熱效率、降低汽車重量和實現再生等技術戰略開發出三倍燃料效率的先進轎車。此外,歐洲和日本也相繼制定了自己的環保型汽車發展計畫。

圖1車重和油耗之間的關係

在降低油耗、減少排放的諸多措施當中,降低汽車的重量已越來越得到汽車行業的重視,資料表明,車重減輕10%可節省燃油3~7%,圖1給出了車重和油耗之間的關係。為了降低汽車的重量,近年來,世界各大汽車廠越來越多地使用鋁或塑料等非鋼鐵材料,並有代替鋼鐵材料的趨勢。這對一直作為汽車首選材料的鋼鐵構成了嚴峻的挑戰,也使高強度汽車鋼板的生產與使用成為乙個世界範圍內關注的熱點問題。

根據cru最新統計,2023年全球成品鋼材產量為85475萬噸,與2023年相比增加5496萬噸,增長6.9%。中國2023年鋼材產量為23581萬噸,增加4177萬噸,增長21.

53%,鋼材淨進口增量為1117萬噸。中國鋼材產量佔全球鋼材產量的27.5%,2023年中國鋼材產量增加量佔全球鋼材產量增加量的76%,是中國鋼材產量的增長帶動了全球鋼材產量上公升。

2023年全球薄板(主要包括熱軋薄板、冷軋薄板和塗鍍板,產品規格以cru為準)產量為33976萬噸,比2023年同期增加1960萬噸,增長6.1%。中國薄板總產量為4291萬噸,比上年增加679萬噸,增長18.

8%。除中國以外,世界其他地區的薄板產量為29685萬噸,比上年增加1281萬噸,增長4.5%。

2023年中國薄板淨進口增量為812萬噸,除中國以外的全球薄板表觀消費總量上公升了469萬噸左右,中國薄板表觀消費總量增加了1491萬噸,比2023年增長29.2%。在中國對薄板的強勁需求下,其他市場的富餘資源大部分通過出口進入到中國市場。

1.1.1 熱軋薄板(指厚度小於4.75mm的熱軋卷板、熱軋板、熱軋帶)

2023年全球熱軋薄板產量為16538萬噸,比2023年增加1026萬噸,增長6.6%,中國熱軋薄板產量為2541萬噸,增加363萬噸,增長16.7%。

除中國以外世界其他地區的熱軋薄板與去年同期相比增加663萬噸,而中國同期淨進口熱軋薄板增量312萬噸,除中國以外世界其他地區的熱軋薄板表觀消費量增加了351萬噸,中國熱軋薄板的表觀消費量增加了675萬噸,中國對熱軋薄板的需求旺盛,通過進口吸收了國際其他市場大量的富餘資源。

中國強勁的需求抬高了熱軋薄板的進口**,2023年中國進口獨立國協國家的熱軋卷c&f平均**為316美元/噸,比2023年高66美元/噸;進口非獨立國協國家的熱軋卷c&f平均進口**為341美元/噸,比2023年高76美元/噸。

1.1.2 冷軋薄板(指冷軋卷板、冷軋板、冷軋帶)

2023年全球冷軋薄板產量8589萬噸,比2023年增加576萬噸,增長7.2%,中國冷軋薄板產量為1557萬噸,與2023年相比增加291萬噸,增長23%。除中國以外世界其他地區的冷軋薄板與2023年相比增加285萬噸,中國2023年淨進口冷軋薄板增量262萬噸,除中國以外全球冷軋薄板表觀消費量上公升了23萬噸,中國冷軋薄板表觀消費量增加553萬噸。

儘管2023年中國國內冷軋板產量顯著增加,但仍不能滿足需要,世界新增冷軋卷資源絕大部分流向了中國市場。

2023年中國進口獨立國協國家的冷軋卷c&f平均**為416美元/噸,比2023年高96美元/噸;進口非獨立國協國家的冷軋卷c&f平均進口**為460美元/噸,比2023年高122美元/噸。2023年美國冷軋卷fob平均進口**為426美元/噸,比2023年低45美元/噸;西歐各國的冷軋卷fob平均**均略高於2023年。

1.1.3 塗鍍層鋼板(指具有金屬塗鍍層的捲板、平板和鋼帶,不包括鍍錫產品)

2023年全球塗鍍層鋼板產量8848萬噸,比2023年增加358萬噸,增長4.2%,其中美國下降2.5%,歐盟增長0.

8%,日本增長6.2%,南韓增長16.9%。

中國塗鍍層鋼板產量為193萬噸,比2023年增加25萬噸,增長14.9%。除中國以外世界其他地區的塗鍍層鋼板產量與2023年相比增加333萬噸,而中國2023年淨進口塗鍍層鋼板增量為236萬噸,所以除中國以外地區的塗鍍層鋼板表觀消費上公升97萬噸,中國表觀消費量增加261萬噸。

可見,中國對涂鍍層鋼板需求的增長主要通過進口滿足,這說明國內新增塗鍍層鋼板產能在短期內還不能滿足中國需求的增長。2023年中國進口非獨立國協國家的熱鍍鋅c&f平均**為531美元/噸,比2023年高127美元/噸;美國熱鍍鋅fob平均進口**為437美元/噸,比2023年低41美元/噸;2023年西歐各國的熱鍍鋅fob平均**均略高於2023年。

1.2.1 汽車鋼板材料的種類

汽車用鋼板從生產工藝特點劃分為熱軋鋼板、冷軋鋼板和塗鍍層鋼板;從強度角度可劃分為:普通鋼板(軟鋼板)、低合金高強度鋼板(hsla)、普通高強度鋼板(高強度if鋼、bh鋼、含磷鋼和is鋼等)和先進高強度鋼板(ahss)等。在以強度劃分的鋼板中,前兩類鋼種目前國內外應用均已趨於成熟;第三類鋼種在國際上已批量商業化應用,國內也處於研製、試用(is鋼)和推廣應用階段;第四類鋼種在國際上處於研製趨於成熟和推廣應用階段,國內處於研製起步階段。

由於高強度鋼板是汽車鋼板材料發展的主題之一,因此在高強度鋼板中重點介紹第三和第四類鋼種,同時對涂鍍層鋼板進行簡要介紹。

1.2.1.1 高強度鋼板

1.2.1.1.1 普通高強度鋼板

● 高強度if鋼板:使鋼材在保證良好塑性和沖壓效能的同時,擁有較高的強度,滿足複雜形狀轎車沖壓件效能要求。

● 烘烤硬化鋼板(bh鋼):鋼板沖壓成形前具有較低的屈服強度,通過沖壓成形後的塗漆烘烤工藝使鋼板的屈服強度增加。

● 含磷鋼板:利用磷在鋼中的固溶強化作用進行強化,可以用來沖製一些形狀比較複雜的汽車沖壓件。

● 超低碳含磷鋼板:該鋼具有良好的深衝性、塑性和韌性。

● 各向同性鋼板(is鋼):主要用於汽車外板。

1.2.1.1.2 先進高強度鋼板(ahss)

● 雙相(dual-phase簡稱dp)鋼:一般用於需高強度、高的抗碰撞吸收能且成形要求也較嚴格的汽車零件,如車輪、保險槓、懸掛系統及其加強件等,隨著鋼種效能和成型技術的進步,dp鋼也被用在汽車的內外板等零件上。

● 貝氏體鋼板:適合沖壓汽車支撐類部件,這類部件較厚且要求翻邊效能良好。

● 相變誘導塑性(transformationinducedplastic簡稱trip)鋼:特別適合要求具有高的脹型情況。

● 復相(***plexphase簡稱cp)鋼:具有高的吸收能和好的擴孔效能,特別適合於車門防撞杆、保險槓和b立柱等安全零件。

● 馬氏體鋼:是目前商業化高強度鋼板中強度級別最高的鋼種。主要用於成型要求不高的車門防撞杆等零件代替管狀零件,減少製造成本。

1.2.1.2 塗鍍層鋼板

1.2.1.2.1 ****對涂鍍層鋼板的效能要求

在汽車製造過程中,塗鍍層鋼板要經過沖壓成型、焊接、表面處理、塗漆、烘烤工序,因此****對涂鍍層鋼板有如下效能要求:

1)、成型性:基板適合成型的要求,鍍層附著力強、抗剝落、抗粉化;

2)、耐蝕性:抗冬季道路撒鹽的腐蝕,抗海洋性氣候大氣腐蝕;

3)、塗漆性:磷化和電泳塗漆效能好;

4)、焊接性:對電極損傷小、焊接引數範圍寬;

5)、表面質量:表面平整、鍍層厚度均勻;

6)、公差尺寸:板形平整,公差小。

1.2.1.2.2 汽車用塗鍍層鋼板的主要品種

汽車車體使用的各類鍍層板,主要包括熱鍍鋅(熱鍍純鋅gi,合金化熱鍍鋅ga等)鋼板、電鍍鋅(電鍍純鋅、電鍍鋅鎳合金以及合金化電鍍鋅等)鋼板和有機、無機塗鍍層鋼板等。

1.2.2 汽車鋼板材料的應用狀況

1.2.2.1 汽車高強度鋼板的應用

1.2.2.1.1 高強度鋼板在商品化汽車上的應用情況

● 日本的應用情況

20世紀70年代,日本開始在汽車上應用高強度鋼板,最早用於車身表面件,然後才用到內部零件和結構件。目前日本懸架結構件和支撐件的強度已達800-1000mpa。抗拉強度410mpa的高強度鋼板多用於內部件,即將採用590mpa的內部件。

日本nkk公司於2023年開發的440mpa級高強度鋼板,已在新車型上採用,該鋼種是通過超細晶粒獲得高強度的。川崎製鋼公司開發的ts980mpa級高強度鋼板(chly980),是以鐵素體為主相的復合組織鋼板,目前已應用於擋泥板、衝擊梁等要求高衝擊安全性的零件。

日本nkk公司開發的熱軋780mpa級雙相鋼(dp鋼)和貝氏體析出強化鋼(ph鋼),具有良好的成形效能和抗疲勞效能,光滑試樣的疲勞強度分別達到600mpa和640mpa。特別適合於製造卡車大樑。

日本川崎製鐵公司新開發的440mpa級塗裝烘烤硬化型高強度熱軋板,解決了高強度與高成形性相矛盾的問題,所以不僅可以用作汽車外板,還可以用作抗衝擊部件和加強件,並可以達到減薄降重的效果,裝車使用結果表明,這種鋼在提高耐變形載荷方面是有效的,成功地使部件減輕10%以上。

日本新日鐵、神戶製鐵、住友金屬等鋼廠已為日本****生產了多種規格的熱軋雙相鋼,用於製造車輪成型性好,可提高構件的疲勞壽命。通用和福特汽車公司用雙相鋼製造輪輻,除重量減輕11%外,疲勞壽命也達到普碳鋼的2倍。

● 南韓的應用情況

南韓浦項鋼鐵公司已成功批量生產80kg級熱軋trip鋼,再經冷軋後成型效能很好,可以加工成具有複雜形狀的汽車部件。

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