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高强度钢板发展趋势
一百多年来,钢铁一直是汽车工业的基础,虽然汽车制造中塑料和铝镁合金的用量不断增加,但钢铁材料仍是汽车用材的主体。选择低厚度的高强度钢板取代传统的低强度钢板是汽车轻量化的一个有效的方法。与铝、镁合金和复合材料相比较,高强度钢板的原材料和制造成本较低,使其在汽车新材料的应用中更加具有竞争力。
1. 高强度钢的定义、分类与特点
定义与分类
对于高强度钢和超高强度钢,目前并没有一个统一的定义。有人认为抗拉强度超过340MPa的称为高强度钢。瑞典将钢板强度级别分为普通强度钢(MS)、高强度钢(HS)和超高强度钢(EHS)。
一般有两个分类的依据:屈服强度和抗拉强度。我们总结了目前对于高强度钢板分类的几种方法和依据,如表5-7所示。
表5-7高强度钢板的分类方法
分类依据
低强度钢
高强度钢
超高强度钢
屈服强度
210≤
210<δs<550
≥550
ULSAB-AVC提供
抗拉强度
270≤
270<δb<700
≥700
屈服强度
220≤
≥220
/
提供
抗拉强度
340≤
≥340
/
注:在具体数值上也没有必要进行非常严格的量化,强度的界限仅仅作为一个参考。
ULSAB—AVC联合会认为对钢种分类的规范化非常重要,按习惯定义屈服强度(YS)和抗拉强度(TS),将钢种标记为XX aaa/bbb。其中,XX为钢种类型,aaa为最低屈服强度(MPa),bbb为最低抗拉强度(MPa)。钢种的标志符号统一如下:
传统钢种:低碳钢、无间隙原子钢、各向同性钢、烘烤硬化钢、碳-锰钢、低合金高强度钢。
先进高强度钢钢种:双相钢、复相钢、相变诱发塑性钢、马氏体钢。
例如,钢种DP500/800是指双相钢,其最低屈服强度为500MPa,最低抗拉强度为800MPa。按照ULSAB所采用的术语,将屈服强度为210~550MPa的钢定义为高强度钢(HSS),屈服强度为550MPa的钢定义为超高强度锕(UHSS),而先进高强度钢(AHSS)的屈服强度覆盖于HSS和UHSS之间的强度范围。下图给出了钢板的分类情况及其屈服强度和延伸率的对应关系。
IF –无间隙原子钢
LC –低碳钢
BH –烘烤硬化钢
HSLA –刚强低合金钢
DP –双相钢
FB –铁素体-贝氏体钢
TRIP–相变诱导发塑性钢
MP –复相钢
MS –马氏体钢
图 5-1 钢板的分类及其屈服强度和延伸率的对应关系
特点
与其它汽车轻量化的候选材料镁、铝合金和复合材料相比,高强度钢板具有以下优点:
原材料价格低,经济性好;
性能优越,能保证零件的刚性;
可以直接利用现有的(冲压)成形、焊接、涂装和总装生产线,大大节约了设备投资成本。
与普通高强度钢相比具有如下特点:
成形性能好;
高烘烤硬化性能;
能量吸收率较高;
高的疲劳强度和长的疲劳寿命;
高的防撞和抗凹性能。
尽管高强度钢有上述诸多优点,但其在其使用过程中也存在一定的瓶颈问题。一是由于屈服强度高,增加了塑性变形的不均匀性,冲压成形性差,起皱、开裂、塑性变形不足等缺陷更难解决;二是由于高强度钢板屈服强度高,致使高强度钢板的冲压回弹量加大,使零件的成形精度更加难以控制。有效地解决这两个瓶颈问题的方法:一是传统的基