优化高强钢成形性能助力汽车实现轻量化.pdf

中国冶金报/2007 年/1 月/16 日/第012 版 科技导航 优化高强钢成形性能 助力汽车实现轻量化 热冲压技术介绍 郭廷杰 为防止全球变暖而签订的《京都协议书》中规定了二氧化碳的减排目标为 6% 。从日本的现 状看，完成这一目标具有一定的难度。而且，即使已在该协议书上签字的国家能够完成规定的减 排任务，那些未签字的发展中国家的二氧化碳排放量也很难得到控制。因此，有关方面从保护全 球环境的角度出发，开始加紧开发减排二氧化碳的各种技术。 高强度钢的应用带来的成形性问题 在二氧化碳的排放量中，汽车尾气所占的比重最大，且其中80%～90%是在汽车行驶中排放 的，故降低汽车油耗的技术对二氧化碳的减排而言至关重要。使用高强度钢板制造车身以控制车 体的总重量可以很好地降低汽车油耗。但在高强度钢板的开发和应用中也存在着一些问题，如成 形性能较差，表面形变明显，卡模具情况严重，冲压设备大型化，焊接性能变差以及模具磨损增 加等。 成形性建立在一定的强度和延伸率的平衡范围内。各种加工方法所使用钢材的平衡范围如 下：软质冲压用钢，延伸率为44%～48% ，抗拉强度为240 兆帕～280 兆帕；超深冲压用钢，延 伸率为33%～42% ，抗拉强度为320 兆帕～440 兆帕；一般固溶强化用钢，延伸率为26%～34%， 抗拉强度为320 兆帕～440 兆帕；相变感生塑性钢，延伸率为28%～38%，抗拉强度为550 兆帕～ 720 兆帕；一般加工用析出强化钢，延伸率为15%～24% ，抗拉强度为520 兆帕～630 兆帕；低屈 服比双相钢，延伸率为 14%～32%，抗拉强度为500 兆帕～750 兆帕；一般加工用相变钢，延伸 率为3%～27% ，抗拉强度为750 兆帕～1450 兆帕；超高强度钢，延伸率为25%～35%，抗拉强 度为 1000 兆帕～1450 兆帕。强度的提升导致加工难度随之提高。此外，即使延伸率和抗拉强度 在平衡范围之内，也还存在伴随着高弹性而产生的回弹形变增大等问题。由于以上问题很难从材 料上解决，故只有从改进冲压技术上进行抑制。 对成形性能低、回弹形变大的材料进行冲压加工时，会带来模具改修时间的增加，由此产生 的时间损失正好与缩短开发周期的初衷相悖。此外，为适应冲压负荷的增加还需升级冲压设备， 这样又增加了设备投资。为解决上述问题，较为合适的方案是采用热冲压技术。 热冲压技术解决高强度钢 成形性问题 热冲压是指将冲压材在奥氏体温度区加热，在高温下冲压成形并使其在模具内进行马氏体相 变后，再用喷丸法除去高温加热时产生的氧化铁皮（铁鳞），从而在保证高强度的前提下获得需 要的形状。 在钢的成分方面，由于热冲压技术可以通过高温形变保证材料的成形性，故不需要加入各种 合金元素，目前多采用低合金碳素钢，其强度水平主要由含碳量决定。目前，热冲压技术主要用 于生产补强部件，强度以1500 兆帕为目标，碳含量为0.2%～0.23% 。 对强度超过 1000 兆帕的超高强度钢使用热冲压技术具有以下特点：成形性能得到优化，产 品尺寸精度高；成形负荷小，不必对冲压机进行升级；大型部件可一次成形；模具不需要改修， 开发周期缩短等。但该技术需要增加加热设备和相应场地，生产效率较低，燃料消耗及环境污染 相对比较严重。 第1 页 共3 页 热冲压技术于上世纪 90 年代前期就已在欧洲开始应用，现已成为生产高强度汽车部件的主 要技术。据初步预测，目前欧洲每年使用热冲压技术加工的钢板达到100 万吨。此前，日本汽车 生产商一直对热冲压技术不够重视，但由于汽车市场的全球化竞争愈发激烈，日本厂商也开始着 眼于这一技术领域。2003 年，丰田汽车已开始使用热冲压技术生产复合动力车的中心支柱用补强 材。而在欧洲，热冲压技术的使用范围更为广泛，主要用于生产缓冲器、中心支柱、强支柱及车 顶的补强材以及车门防冲梁等部件。下一步的开发计划是将其用于生产缓冲器和底盘。 热冲压技术的特性 强度特性。热冲压技术的最大优点是在冲压加工时变形阻力低。与冷变形阻力相比，热冲压 的变形阻力仅为其 1 ／20 。由此使得冲压设备负荷显著降低，设备费用相应减少。为达到部件所 要求的强度，钢材的成分应保证在冷却速