關(guān)于高強(qiáng)度鋼作為汽車輕質(zhì)材料的應(yīng)用分析

李偉良

摘 要：隨著我國的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，如果將汽車輕量化那么可以降低汽車自重，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，因此這是當(dāng)今汽車技術(shù)主要發(fā)展方向之一。并且隨著國家節(jié)能減排的逐步實(shí)施以及對(duì)于治超限載力度的不斷加大，汽車的輕量化勢(shì)在必行。雖然鋁與塑料在汽車制造中所占的比重不斷提高，但鋼鐵仍舊是汽車制造的主要材料，這就使得鋼鐵的輕質(zhì)材料化能夠較好的滿足汽車的輕量化需求，下面本文對(duì)于高強(qiáng)度鋼作為汽車輕質(zhì)材料進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度：鋼汽車；輕質(zhì)材料；應(yīng)用

1 汽車用高強(qiáng)度鋼研究進(jìn)展

在世界范圍內(nèi)的汽車行業(yè)中，高強(qiáng)度鋼本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較好的普及，而超高強(qiáng)度鋼板材料才是當(dāng)下世界范圍內(nèi)汽車行業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于高強(qiáng)度鋼來說，馬氏體鋼與熱沖壓成形用鋼在汽車行業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，馬氏體鋼的抗拉強(qiáng)度高達(dá)1500MPa，而熱沖壓成形用鋼的最高強(qiáng)度能夠達(dá)到1800MPa，這就使得兩種高強(qiáng)度鋼材都能夠較好的滿足汽車的輕量化需求，但對(duì)于這兩種高強(qiáng)度鋼來說，其本身很容易在加熱狀態(tài)下出現(xiàn)表面脫碳和氧化起皮問題，這類問題的出現(xiàn)就會(huì)直接影響其本身強(qiáng)度。除了馬氏體鋼與熱沖壓成形用鋼外，Q&P鋼、TG鋼、TWIP鋼等高強(qiáng)度鋼還處于研究階段，但筆者希望這些新型高強(qiáng)度鋼材能夠早日在我國汽車行業(yè)中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

2 高強(qiáng)度鋼材料的性能

下面主要詳細(xì)介紹了屈服強(qiáng)度700MPa級(jí)熱軋微合金高強(qiáng)度鋼典型材料的成分、強(qiáng)化機(jī)理、力學(xué)性能，并以載貨車車架縱梁和客車車身骨架等為例，說明了該鋼種對(duì)商用車輕量化的作用。

2.1 材料成分及強(qiáng)化機(jī)理

表1為DOMEX700MC鋼板和QStE700TM鋼板的化學(xué)成分實(shí)測(cè)值。根據(jù)上面的測(cè)試表中我們能夠清楚的看到，這兩種材料的自身特點(diǎn)主要是碳含量較低，并且鋼板中都含有大量的微量元素。在鋼板中加入少量的微量合金元素能夠提高鋼板的結(jié)晶溫度，這樣能容易在高溫下完成鋼板的軋制工作。這其中通過加入少量的合金元素能夠?qū)摪逯械奶嫉衔锪Ｗ游龀觯軌蛟诒ＷC鋼板強(qiáng)度的同時(shí)，保證了鋼板自身的可塑性以及良好的成型性。

2.2材料性能

下面的表2中我們測(cè)試的鋼板的數(shù)據(jù)我們能夠清楚的看到這兩種測(cè)試材料自身擁有非常高的可塑性。

3 高強(qiáng)度鋼作為汽車輕質(zhì)材料的應(yīng)用

3.1 商用車中高強(qiáng)度鋼作為汽車輕質(zhì)材料的應(yīng)用

對(duì)于商用車來說，我國當(dāng)下商用車的輕量化與國外存在著較大差距，這種差距的出現(xiàn)主要是由于商用車本身對(duì)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、制造工藝等有著較高的要求。對(duì)于商用車應(yīng)用高強(qiáng)度鋼作為汽車輕質(zhì)材料來說，車身骨架結(jié)構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度鋼這一汽車輕質(zhì)材料的較好應(yīng)用。汽車零部件除疲勞強(qiáng)度外，其它各性能（抗拉強(qiáng)度和流變應(yīng)力等）均正比于板厚和材料性能n次方的乘積。根據(jù)我們進(jìn)行的試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件，能夠在相同的強(qiáng)度與荷載條件下，通過減少材料的厚度與質(zhì)量能夠滿足條件。下面對(duì)一些形狀相對(duì)簡(jiǎn)單但是能夠承受相對(duì)彎曲力矩的零件來說，我們可以采用下面的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

上面的公式中我們將低強(qiáng)度鋼板的厚度設(shè)為tl，高強(qiáng)度鋼板的厚度設(shè)為t2，低強(qiáng)度的鋼板屈服度則為Rt：L，，高強(qiáng)度鋼板的屈服度設(shè)為Rt：L2。這樣一來，如果將之前我們大范圍使用的500MPa級(jí)鋼板，用高強(qiáng)度的700MPa級(jí)鋼板進(jìn)行代替，那樣一來可以使鋼板的厚度從8mm減少到6.8mm。不僅能夠?qū)摪宓暮穸葴p少，以至于將鋼板的重量明顯減輕，從而達(dá)到了非常好的輕量化的效果。因此將高強(qiáng)度的鋼板用于汽車輕量化應(yīng)用具有非常大的優(yōu)勢(shì)，不僅在車架上能夠滿足各種沖壓器件的應(yīng)用，還能夠應(yīng)用于汽車的骨架設(shè)置，導(dǎo)致最近這些年的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)非常快速的增長(zhǎng)。

3.2 載貨車車架縱梁

最早將高強(qiáng)度鋼廣泛的應(yīng)用在車架的輕量化發(fā)展方面是在2003年的重汽，研制成功了高強(qiáng)度鋼作為單層梁車架，并在后期研制出單層梁的樣車，通過不懈的努力，現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到量產(chǎn)，通過采用高強(qiáng)度鋼作為汽車的車梁能夠大大的降低車身的重量。高強(qiáng)度鋼不僅能夠?qū)⒃瓉淼蛷?qiáng)度鋼設(shè)計(jì)的雙層承載梁減少到單層，并且能夠有效的保證車身的承載能力。現(xiàn)階段，我國的大部分汽車生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始廣泛的應(yīng)用高強(qiáng)度鋼替換低強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)，而對(duì)于高強(qiáng)度鋼的車身輕量化的改造主要通過以下幾個(gè)方面。首先，將汽車車架中關(guān)于單層梁中的縱梁加強(qiáng)板進(jìn)行取消，然后在保證車架縱梁局部強(qiáng)度要求的前提下，減薄縱梁材料厚度。這樣不僅能夠有效的降低車身重量，還能夠增加車架的強(qiáng)度。最后通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，將車架自身的腹面寬度進(jìn)行降低，因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼板以及具備了支撐的承載能力。

3.3 汽車零件高強(qiáng)度鋼輕質(zhì)材料的應(yīng)用

想要較好實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼這一輕質(zhì)材料在汽車中的應(yīng)用，我們還必須從汽車的零件人手，對(duì)于汽車零件來說，材料的選擇需要遵循滿足使用性能、較好的工藝性能、較好的經(jīng)濟(jì)性等三方面要求，這些要求高強(qiáng)度鋼這一輕質(zhì)材料都能夠予以較好的滿足。在覆蓋件的高強(qiáng)度鋼輕質(zhì)材料應(yīng)用中，圖1為典型的汽車覆蓋件，結(jié)合該圖我們能夠發(fā)現(xiàn)這一零件對(duì)表面質(zhì)量、尺寸和形狀精度的要求，顯然高強(qiáng)度鋼能夠較好的應(yīng)用于汽車覆蓋件中，而馬氏體鋼、熱沖壓成形用鋼以及Q&P鋼等高強(qiáng)度鋼是這一汽車覆蓋件材料的較好選擇。除了汽車覆蓋件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件、安全類結(jié)構(gòu)件、底盤結(jié)構(gòu)件、車廂零件、車架零件等都能夠較好的應(yīng)用高強(qiáng)度鋼這一輕質(zhì)材料，而這一應(yīng)用對(duì)于汽車本身輕量化的實(shí)現(xiàn)也有著較為積極的意義。

4 應(yīng)用中存在的問題

下面我們?cè)敿?xì)的介紹一下高強(qiáng)度鋼自身特有的力學(xué)性能和冶金特點(diǎn)，并且研究其在加工制造過程中存在一些問題。

首先，目前我們廣泛使用的高強(qiáng)度鋼的荷載比要比傳統(tǒng)的低強(qiáng)度鋼的大，這樣能夠滿足一些汽車零部件對(duì)于自身強(qiáng)度大的設(shè)計(jì)要求。并且在進(jìn)行相同的制作工藝中，我們還能夠清楚的感覺到高強(qiáng)度鋼自身的斷面質(zhì)量較差，容易產(chǎn)生局部的裂紋。通過詳細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)，這些裂紋斷面的產(chǎn)生原因主要是因?yàn)樵谶M(jìn)行剪切時(shí)造成的開裂，還有就是因?yàn)榧羟泄に囎陨泶嬖诘膯栴}也能夠?qū)е戮植康牧鸭y出現(xiàn)，綜上原因發(fā)現(xiàn)，是這兩種因素的綜合結(jié)果導(dǎo)致的。因此，對(duì)于高強(qiáng)度鋼的剪切質(zhì)量的保證需要我們大力發(fā)展剪切工藝技術(shù)水平。其次，還因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼的自身可塑性較差，容易受到?jīng)_壓產(chǎn)生開裂，這就需要我們?cè)谶M(jìn)行沖壓時(shí)主要材料的自身纖維的方向，并且在進(jìn)行沖壓時(shí)盡量減少操作失誤。此外，由于高強(qiáng)度鋼的自身強(qiáng)度較強(qiáng)，除了在進(jìn)行應(yīng)用過程中存在開裂現(xiàn)象以外，還存在著模具的磨損嚴(yán)重以及回彈性較大的缺陷，這些問題嚴(yán)重的制約著高強(qiáng)度鋼在汽車制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這也對(duì)我們的施工工藝的提升提出了更高的要求。

5 結(jié)語

想要實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，輕質(zhì)材料的應(yīng)用就顯得較為重要。對(duì)于汽車行業(yè)來說，雖然鋁與塑料在汽車制造中所占的比重不斷提高，但鋼鐵仍舊是汽車制造的主要材料，這就使得鋼鐵的輕質(zhì)材料化能夠較好的滿足汽車的輕量化需求。