热轧汽车板的现状及发展动向
2014-10-24 10:48 来源： 我的钢铁网
1、概况
随着社会经济的快速发展，汽车的保有量不断增加。世界对环保、资源和能源越来越重视，这就要求汽车工业向轻量化、安全、环保以及节能方向发展。在未来很长一段时间内，钢在汽车用料中仍占很大比重，热轧板用在载货车上的消耗量达85%左右；轿车的消耗量相对较小，但随着轿车的需求量越来越大，总的消耗量将大幅度提高。基于以上因素，国内外钢厂开发出一系列的新型汽车用热轧钢板，它们具有较低的屈强比、较好的应变分布能力和较高的应变硬化特性、良好的强塑性、良好的烘烤硬化性能及抗疲劳性能，其力学性能更加均匀。高强度钢板可使汽车重量减轻，既提高了汽车的安全性，又节省了燃油，同时减少了尾气排放。这就使新型的高强度热轧汽车钢板在汽车行业中得到越来越广泛的应用。
2、汽车结构对热轧汽车板的要求及热轧汽车板在汽车结构中的应用
2.1、汽车结构对热轧汽车板的要求
构成车身的部件大致分为面板部件、结构部件、行走部件以及增强部件。这些部件对应不同的用途要求，具有不同的性能。例如，面板部件要求具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹陷性、耐腐蚀性等；结构部件要求成形性、刚性、碰撞能量吸收能力、疲劳耐久性、耐腐蚀性、焊接性；行走部件要求成形性、刚性、疲劳耐久性、耐腐蚀性、焊接性；而碰撞能量吸收能力、焊接性对增强部件来说特别重要。
2.2、车身结构上的应用
随着控轧控冷技术的发展及市场的需要，热轧汽车板在汽车结构中的应用越来越凸显，使用热轧汽车板制作结构件，不但可以避免冷轧后的钢材加工硬化，降低零件冲压过程中对模具的磨损和回弹量，而且可缩减钢板生产过程中的冷轧、退火、重卷等工序，使生产周期和成本大为降低。
车身结构部件较为复杂，典型的车身结构有车底十字架、防撞加强构件、悬架构件、侧边梁和B柱、车底纵梁、后底板纵梁、车顶支架和A柱。这些零件要求材料具有高强度、高成形性能、高n值、高r值、良好的烘烤硬化性能和焊接性能等。
2.3、非车身结构件上的应用
非车身结构主要包括悬挂件、底盘和车轮等，此类零件为形状复杂的运动旋转件，要求钢材既要有高的扩孔性、优良的延展性和良好的焊接性能，也要具有较高的强度和疲劳性能。
3、热轧汽车板的应用现状
3.1、烘烤硬化钢板
烘烤硬化钢板（BH钢板）是钢板经冲压成形或预拉深变形后，再进行烘烤温度处理（高温时效处理），以使钢板的屈服强度得到一定程度的提高。目前，美国钢铁公司、德国蒂森克虏伯钢铁公司、韩国浦项公司、日本各大钢铁公司对热轧BH钢的研究开发都处在世界前沿；在国内宝钢、鞍钢、武钢等均能生产出不同牌号的BH钢板，并掌握了关键的工艺控制技术。邯钢生产的SAPH440热轧板各项性能指标完全满足标准要求，已经具备汽车结构用板批量生产能力。
3.2、双相钢板
双相钢（DP钢板），组织由铁素体（F）和马氏体（M）构成，要求马氏体不破坏冲压基体铁素体变形的连续性，马氏体为岛状，称其为双相钢。具有优异的力学性能、良好强塑性、低屈强比、高初始加工硬化率、良好烘烤硬化性能及抗疲劳性能等。
国外的安赛乐-米塔尔、蒂森克虏伯、浦项、塔塔等公司均已开发出强度级别为500-700MPa的热轧双相钢，我国780MPa级热轧双相钢也正在研发当中。在双相钢的开发和应用中，北美、欧洲、日本一直处于前沿，北美和欧洲的热轧双相钢具有较高的合金含量；而日本的热轧双相钢以低合金含量（低碳Mn-Si钢或Mn-Cr钢）和低温卷取（Ms点以下）为主要特点，降低了钢中Cr、Mo、V等贵重合金的含量，具有明显的成本优势。新日铁住金公司用“双相轧制工艺”生产出低合金Si-Mn热轧双相钢。目前我国可生产的热轧双相钢覆盖了540MPa、590MPa、640MPa强度级别。
3.3、相变诱发塑性钢（TRIP钢）
相变诱发塑性钢是通过相变诱发塑性（TRIP）效应使钢板中残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体生核和形成，并产生局部硬化，继而变形不再集中在局部，使相变均匀扩散到整个材料以提高钢板的强度和塑性。
TRIP钢因其具有高的抗冲撞吸收能，多被用于生产汽车安全零部件。而且，由于其成形性较好，也用于生产复杂零件。目前，国外TRIP钢的强度包括590-1180MPa，国内宝钢和鞍钢已经研制开发出590MPa和780MPa的钢。
除此之外，马氏体钢（M钢）和孪晶诱导塑性钢（TWIP钢，一种极高塑性钢，被称为第二代先进高强度钢U-AHSS）在国外都相对很好的应用到汽车用钢上，国内对上述钢还处于起步阶段。Q&P钢是一种新型的高强度和高塑（韧）性的马氏体钢，属于第三代先进高强度钢，可以达到的力学性能范围为：抗拉强度800-1500MPa；伸长率15%-40%。Q&P作为一种热处理工艺，生产出的组织具有马氏体和富C的亚稳残余奥氏体。工艺包括：控制淬火形成部分的马氏体，然后热处理以使C从过饱和的马氏体中转移到残余奥氏体中。2010年，中国钢研和太钢试验成功开发出Q&P钢热轧板卷，强塑积均超过了30GPa%（抗拉强度为900MPa级时，延伸率达到了35%），标志着我国率先在国际上研发出第三代汽车钢产品的工业生产技术。
4、首钢汽车大梁钢的生产状况
汽车大梁钢高强化是汽车工业的发展趋势，采用高强汽车大梁可以降低汽车自重，在不增加汽车自重的条件下增加汽车的有效载荷，这就有利于节约资源和保护环境。
汽车大梁钢主要用于制造各类汽车车架的横梁和纵梁等结构件，为了适应汽车工业的需要，首钢在汽车大梁钢的开发和推广应用方面进行了大量细致工作，提出了在低碳高锰的基础上添加Nb、V、Ti微合金进行强韧化处理的成分设计思想，采用“控轧控冷”工艺生产出了表面状况优良、力学性能稳定、冲压成形性能好的3.0-10.0mm厚S610L高强度汽车大梁用钢。
表1：汽车大梁钢S610L的成分%
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牌号
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C≤
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Si≤
|
Mn≤
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P≤
|
S≤
|
Alt≥
|
Nb＋V＋Ti≤
|
N≤
|
|
S610L
|
0.11
|
0.20
|
1.70
|
0.015
|
0.005
|
0.020
|
0.13
|
0.005
|
表2：汽车大梁钢S610L的力学性能
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力学性能
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晶粒度，级
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||||||
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钢号
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ReL,MPa
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Rm,MPa
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A,%
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上表面
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1/4边
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1/2边
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3/4边
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下表面
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|
1
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555
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660
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24
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12.0
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12.0
|
11.5
|
12.0
|
12.5
|
|
2
|
545
|
645
|
26
|
12.5
|
12.5
|
12.0
|
12.5
|
12.5
|
针对汽车大梁采用冷弯成形的特点，进行了S610L汽车大梁钢的冷弯试验，试验规格为4.8mm和10.0mm，分别采用d=2a、d=1a、d=0a的试验方法，试验结果：S610L高强度大梁钢冷弯后表面无裂纹，说明具有良好地冷弯成形性能。
工艺参数对表面质量的影响：卷取温度控制在550℃左右；终轧温度控制在840℃左右，且采用前段集中冷却，可以有效减少氧化铁皮的厚度和氧化铁皮的结构。
根据汽车大梁钢的要求，首钢采用了上述化学成分和合理的轧制工艺，获得了较为细小均匀的铁素体和珠光体组织、以及各种有害元素和夹杂物较少、带状组织较轻，使610MPa高强度汽车大梁钢具有良好的强韧性匹配和高的成形性。
5、国内外热轧汽车板的发展动向
5.1、低成本热轧汽车板
为了提高市场竞争力，热轧汽车板除了要满足新一代汽车用钢的性能要求外，还要继续扩大成本优势，可以通过调整成分设计和优化生产工艺充分发挥低成本潜力。
通过低价微合金元素代替昂贵合金元素，在不影响其性能的前提下，降低其生产成本，是热轧汽车板未来发展的一个趋势。
通过调整工艺参数，例如终轧温度、冷却方式、卷曲温度等，达到降低生产成本的目的。目前国内外正在将超快冷技术应用到热轧汽车板生产当中，以此在减少合金用量的基础上，生产出综合性能好的高强度热轧汽车板。
5.2、热轧板代替冷轧板用于汽车结构
通过目前汽车结构用钢板的使用情况来看，热轧板代替冷轧板应用到部分零件中，效果很好，节省了后续生产工序，又节约了大量生产成本，在未来的时间里，热轧板代替冷轧板应用于汽车结构的比例会越来越大。
5.3、纳米析出强化高强度汽车板
随着纳米技术的发展，将纳米技术与钢铁生产相结合，通过控轧控冷，使晶粒超细化，析出物的纳米化，获得良好的组织形态，生产新型纳米析出强化高强度汽车板。
5.4、第三代热轧汽车钢
Q&P钢是新型的高强度和高塑（韧）性的马氏体钢，属于第三代先进高强度钢，它实现了轻量化和安全性的有效结合，具有很好的发展前景。
6、结语
从热轧汽车板的现状及发展动向来看，在日趋激烈的汽车市场竞争中，低成本、高性能、轻量化、车体使用寿命长、表面质量好、安全系数高的热轧汽车板是汽车工业的需求，更是热轧汽车板生产努力的方向，以此节省资源和能源、减少排放，对于汽车和钢铁工业的发展和未来，具有极其重大的意义。
