超高強度鋼管在公交客車車身骨架上的應用

文/張亞濤（安徽安凱汽車股份有限公司）

材料在公交客車行業中一直有著舉足輕重的地位，在當今公交客車結構同質化現象日趨嚴重的情況下，新材料的適當選擇和應用更是提升產品性能和降低成本的重要舉措。目前國內公交客車車身骨架的主流材料是Q345 鋼管，按照國際鋼鐵協會的定義屬于高強度鋼管。但在相關法規日趨嚴格、產品競爭愈發激烈的環境下，擁有更高強度的超高強度鋼管QSTE700TM 在公交客車車身骨架上的合理使用已是大勢所趨。

一、超高強度鋼管的應用原則

目前行業內常用的公交車身骨架材料是Q345 鋼管與QSTE700TM鋼管，這兩種鋼管的性能及成本對比見表1。從表1 的數據可以看出，QSTE700TM鋼管的屈服強度是Q345 鋼管的2 倍左右，抗拉強度是Q345 鋼管的1.5 倍左右，而成本僅是Q345 鋼管的1.1倍左右。從材料強度看，QSTE700TM 鋼管明顯優于Q345 鋼管，理論上車身骨架上的Q345 鋼管完全可以用同規格的壁厚更薄的QSTE700TM 鋼管替換，Q345鋼管壁厚尺寸與可以替換的QSTE700TM鋼管壁厚尺寸的對照見表2，且替換后既能保證車身骨架強度，車身重量和骨架成本又都有所降低。但目前QSTE700TM鋼管本身的強度數據僅是實驗結果，尚缺乏長期的實踐驗證，且鋼管壁厚過薄焊接接頭強度也會難以保證。除此之外，QSTE700TM鋼管斷后延伸率只有Q345鋼管的一半，這表明QSTE700TM鋼管在制作大曲率的彎管過程中出現彎曲開裂的概率比Q345 鋼管高出1 倍，生產過程中出現次品的概率較高。

表1 Q345 鋼管與QSTE700TM 鋼管性能對比表

綜上所述，超高強度鋼管QSTE700TM在車身骨架上的應用原則為：受力狀況嚴峻的結構處不使用壁厚更薄的QSTE700TM鋼管替換；不使用壁厚過薄（小于1.5 mm）的QSTE700TM鋼管；大曲率的彎管不使用QSTE700TM鋼管；其余的Q345 鋼管都可以按照表2所示用壁厚更薄的QSTE700TM鋼管替換。

表2 QSTE700TM 鋼管替換Q345 鋼管壁厚對照表

二、超高強度鋼管的應用方案

以某款8 m 公交客車車身骨架為例，圖1、圖2、圖3 分別為公交客車前、后圍骨架、側圍骨架和頂蓋骨架中的鋼管部分，其中有陰影的鋼管可以使用QSTE700TM鋼管來替換Q345 鋼管。

前、后圍骨架主要凸顯客車造型，本身承載較輕。圖1 陰影部分中，前圍外側立柱、后圍外側立柱原為壁厚3 mm 的小曲率Q345 彎管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM 彎管替換；前圍內側立柱、后圍內側立柱原為壁厚2 mm 的Q345 直管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM 直管替換；前后圍骨架上的其他鋼管（非陰影部分）均為大曲率的彎管，而大曲率QSTE700TM彎管難以制作，故仍使用Q345 彎管。

圖1 某款8 m 公交客車前、后圍骨架鋼管部分

側圍骨架鋼管相對而言承載狀況較為良好，圖2中的陰影部分及側窗上部縱梁不與底架相連。陰影部分中，中部的腰梁原為壁厚3 mm 的Q345 直管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM直管替換；腰梁以上的窗立柱原為壁厚3 mm 的小曲率Q345 彎管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM彎管替換；陰影部分中的其余鋼管均為壁厚2 mm 的Q345 直管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM直管替換。非陰影部分中，側窗上部縱梁原為壁厚1.5 mm 的Q345 直管，本身壁厚已經很薄，為保險起見不再用壁厚更薄的QSTE700TM 鋼管替換；其余的非陰影部分均與底架相連，承載較重且受力狀態復雜，為保險起見也仍使用Q345 鋼管。

圖2 某款8 m 公交客車側圍骨架鋼管部分

頂蓋骨架主要承受空調的載荷，承載狀況較為良好。圖3 陰影部分中，最外側縱梁原為壁厚3 mm 的Q345 直管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM直管替換；其余縱梁原為壁厚2 mm 的Q345 直管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM直管替換；陰影部分中的橫梁原為壁厚2 mm 的Q345 彎管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM彎管替換。非陰影部分中，橫梁原為大曲率的彎管，而大曲率QSTE700TM彎管難以制作，故仍使用Q345 彎管；縱梁原為壁厚1.5 mm 的Q345 直管，本身壁厚已經很薄，為保險起見不再用壁厚更薄的QSTE700TM鋼管替換。

圖3 某款8 m 公交客車頂蓋骨架鋼管部分

三、應用結果

鋼的密度按7.85 g/cm3計算，可得該8 m 公交客車車身骨架合理使用QSTE700TM鋼管后，在保證車身骨架強度的前提下，骨架鋼管減重約79 kg,骨架成本降低約482 元。

四、結語

本文提出的超高強度鋼管QSTE700TM在車身骨架上的應用原則及應用方案，為同時使用Q345 鋼管與QSTE700TM鋼管兩種材料設計車身骨架，在保證安全性的前提下降低骨架成本提供了一種設計思路。隨著實踐數據的不斷完善，QSTE700TM鋼管將更多地應用在車身骨架中。