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進口高強度冷軋汽車板的研發
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-07-14
新日鐵冷軋DP鋼覆蓋了490MPa—1270MPa的7個級別，其中開發了DP490、DP540、DP590、DP780、DP980和DP1180共6個級別的電鍍鋅產品和DP590、DP780、DP980共3個級別的熱鍍鋅產品。
伴隨著汽車制造的不斷更新，先進企業汽車板新產品的研發速度也明顯加快，并從輕量化、耐腐蝕性、環境友好型這三個角度取得突破。近十年來，我國的鋼鐵企業在開發冷軋汽車板新產品上取得了快速發展，然而國內高端產品與國際先進水平仍然有一定差距，國內乘用車生產企業每年還需要從日本、韓國等國進口汽車板100萬噸以上。為此，本文針對我國汽車產業的實際需求，選擇了日本新日鐵公司、JFE公司和韓國浦項集團這三家先進企業進行冷軋汽車板產品研發特點進行分析，并闡述了其最新產品進展情況。在此基礎上，結合汽車廠家的實際需求預測了下一步汽車板產品的研發熱點。
汽車行業發展對冷軋汽車板的要求
目前，汽車減重成為減少二氧化碳排放和降低燃油消耗的關鍵手段，而在新能源汽車領域，復合動力車和電動車更加要求車身減重。所以從技術和經濟的角度考慮，鋼鐵企業研發汽車用先進高強鋼非常有應用前景。世界各大汽車公司也逐步增加了高強鋼的使用量，預測先進高強鋼在汽車上的占比從2009年的7%增加到2015年的30%。而據國際鋼協未來鋼質汽車FSV項目預測，到2020年抗拉強度級在980MPa及更高的高強度鋼將占整體車身用材的50%以上。
總體認為，汽車發展對冷軋汽車板新產品的要求有以下三點：
先進高強度和超高強度產品研發。為了考慮更高的沖撞安全性，在車身前部、側面下部和側面上部等部位產品等級均達到或超過980MPa。其中，前保險杠用鋼最高強度等級為1470MPa，前懸置固定架為980MPa，立柱為1180MPa。
汽車板表面處理產品研發。針對汽車制造商降低車體總制造成本以及應對新型車體制造技術的要求，需要在合金化熱鍍鋅鋼板上進行表面處理，以此來實現汽車板優良的成形性、點焊性和涂裝性能等。
適應減量化加工的冷壓加工高強度冷軋產品研發。隨著汽車超高強鋼的逐漸普及，研發超高強度鋼并在室溫擁有優良變形能力的新產品是汽車廠家的新需求。2013年，英菲尼迪Q50采用了新日鐵公司開發的冷沖壓1.2GPa（1180MPa）級高強度鋼板，用在車身骨架的中柱加強件、側車頂縱梁及前車頂縱梁等車身構件，未來該鋼種將逐步擴大采用范圍。
先進企業冷軋汽車板產品開發情況
日本新日鐵公司。目前，新日鐵公司通過冶金學、分析技術、數值解析及應用數學等基礎學科來支撐冷軋汽車板開發。隨著鋼板強度的提高，沖壓成形性及焊接性能會有所下降。為了抑制這一現象，新日鐵通過微觀組織的控制來提高材料強度，同時還重視通過加工模式來改善材料的加工成形性。具體的表現方式有：
（1）當關注產品整體延伸率時，通過添加有利于鐵素體組織生成的元素以及對連退設備的退火溫度模式進行優化，開發在軟質鐵素體基體組織上分布著通過淬火得到的硬質馬氏體組織的產品。
（2）當關注產品擴孔性時，采用較低碳含量設計，同時抑制較硬的粗大碳化物生成，得到均勻單一的組織結構來保證產品擴孔性能和彎曲加工性能。
（3）當需要產品具有整體延伸性能和擴孔性能相平衡時，通過降低硬質相和軟質相的硬度差來確保復相組織整體延伸性。
新日鐵冷軋DP鋼覆蓋了490MPa—1270MPa的7個級別，其中開發了DP490、DP540、DP590、DP780、DP980和DP1180共6個級別的電鍍鋅產品和DP590、DP780、DP980共3個級別的熱鍍鋅產品。在熱鍍鋅DP鋼中，有約70%為合金化熱鍍鋅產品。采用超高強鋼專用生產線，新日鐵還開發了DP1180。研發的TRIP鋼強度級別為590MPa、690MPa和780MPa，其中，60%以上為合金化熱鍍鋅產品。
日本JFE公司。為了制造高強度鋼板，JFE新建了專門的連續退火裝備用于開發高強鋼板，這些產品應用在前后保險杠部件R/F、車門防撞梁、座椅框架等部件。
為適應汽車減量化的需求，JFE公司采用低合金成分設計方案和具有水淬方式的連續退火產線（JFE—WQ—CAL）研發出了抗拉強度在780MPa—1470MPa的高強度冷軋汽車板產品。開發的水淬工藝是從高溫開始用噴流水連續進行淬火，具有1000℃/s的高冷速，在板幅方向具有冷速均勻的優點。通過優化水淬溫度和加熱回火溫度可以在很大范圍內調整硬質第二相的體積分數和硬度，開發的雙相鋼具有大范圍的強度變化值。
應對車體成形性能要求的產品開發。對于強度在590MPa的冷軋汽車板，JFE根據成形需求開發了相應產品，并根據加工方法以及所使用部件形狀來設計鋼板的性能。例如，對以中間柱為代表的沖壓成形部件，主要要求具有擴張成形性，應該開發延伸率較高的鋼板。前防撞梁要求具有擴張成形和法蘭特性的復合要求，開發了延伸性能和法蘭性能兼備的產品。
對于980MPa及以上的超高強產品，JFE采用以彎曲加工為主的成形工藝，即使在嚴酷彎曲加工條件下也能防止鋼板表面發生龜裂。
開發具有耐延遲破壞特性的產品。由于鋼中氫的侵入引起了產品脆化，JFE針對1180MPa級高強鋼制定了耐延遲破壞三元圖譜。因為延遲破壞都在負載應力、塑性應變和氫侵入的較高條件下發生，根據三元圖譜的范圍，可以定量的評價延遲破壞發生的危險性，確定鋼板發生延遲破壞的區域。JFE通過這個手段為后續產品的零件設計提供耐延遲破壞標準。
目前，JFE能提供規格齊全并且具有良好的成形性、表面質量和尺寸精度的冷軋產品，產品厚度范圍為0.2mm—3.2mm。
韓國浦項集團。浦項在2002年將汽車用鋼定位為戰略產品，為了保障冷軋汽車板的研發能力，浦項在兩個制鐵所不斷提升汽車板產線保障能力。其在汽車板產品研發突出超輕型高強度汽車用鋼和強化鍍層質量技術，具體包括以下兩點：
（1）研發超輕型高強度汽車用鋼減輕汽車重量。浦項對于汽車用鋼的研發重點已經由片面追求高強度轉向高強度與輕量型兼備。通常汽車總重量減輕10%會使CO2排放量減少5%—8%。浦項研發的高強度汽車用鋼板抗拉強度大于590MPa，而厚度比中等強度鋼板還薄。浦項鋼鐵公司開發的超輕型高強度汽車用鋼新產品主要有：汽車立柱1470MPa級超高強度TWIP鋼，可減輕車體重量；汽車加固梁用980MPa級冷軋DP鋼，產品具有極好的延展性和成形性。
（2）突出鍍層質量技術開發。熱沖壓成形鋼表面需要鍍鋅，但是鋅基涂層在熱沖壓過程中容易氧化和蒸發，并且發生斷裂。浦項正在研發新的含Zn涂層技術使得在加熱過程中能夠形成穩定的Fe—Zn鍍層，合金層中富Zn的區域很小，形成的涂層在熱沖壓過程中不會出現液態金屬脆性敏感問題，而防止沖壓裂紋。
目前，浦項可以提供從DP490—DP980這五個級別的冷軋和鍍鋅雙相鋼，成形性能優良的TRIP780和980鋼。冷軋CP1180和CP1470也已經商業化。
同時，浦項在孿晶誘導塑性鋼TWIP鋼產品研發領域走在世界前列。浦項研發的TWIP鋼主要化學成分大致為C：0.03%—1.5%、Mn：5%—35%、Al≤3%、Si≤3%，其余為Fe。此外，在實際生產中還可添加其他各種合金化元素。研發的TWIP鋼延伸率為30%—95%，抗拉強度在600MPa—1924MPa，其抗拉強度和延伸率數值是TRIP鋼的兩倍。
同時，隨著汽車超高強鋼逐漸普及，研發超高強度鋼并在室溫擁有優良變形能力新品是汽車廠家需求。日本開發的1.2GPa的超高強鋼采用了冷壓加工工藝，減少后續加工工序和降低生產成本，具有潛在的市場需求，相關產品的研發也將成為熱點。
汽車鍍層板的Zn和Zn合金鍍層板是簡單和經濟的保護汽車板不易被腐蝕的材料，在汽車工業的使用越來越多。但是，隨著Zn和Zn合金鍍層板在后續加工中的缺點，鋅基復合鍍層的發展也很快，尤其是在歐美和日韓。如Zn—Mg—Al鍍層具有與GA相當的抗沖壓擦傷性能（遠優于GI），同時又不發生粉化，很多先進企業已經有商業化產品。以浦項為例，從2012年開始，浦項在新裝的熱浸鍍鋅生產線上開發生產Zn—Mg—Al涂鍍鋼板PosMac。加大Zn—Mg—Al復合鍍層的高強度汽車板產品研發可以應對汽車行業對耐腐蝕性能的要求。
結論
（1）中國汽車行業進入了穩定發展的階段，鋼鐵企業應該抓住這個機遇，進行冷軋汽車用鋼新產品的開發，獲得更高的產品附加值。
（2）國外先進企業均結合產線條件和研究實力進行差異化產品的開發。新日鐵通過微觀組織的控制來提高材料強度，并采用超高強鋼專用生產線來開發DP1180。JFE通過低碳當量成分設計和水淬工藝，開發具有優良點焊性能和耐延遲破壞特性的高強度產品，產品抗拉強度為1320MPa和1470MPa，應用在保險杠R/F和鋼管門柱等關鍵部位。韓國浦項研發超輕型高強度汽車用鋼來減輕汽車重量，包括汽車立柱1470MPa級超高強度TWIP鋼、加固梁用980MPa級冷軋DP鋼等。
（3）結合汽車廠家的需求，下一步冷軋汽車板研發將集中在兼顧高強度和一定成形性DP980和1180鋼、具有冷沖壓性能的高強度鋼和優良耐腐蝕性能的Zn—Mg—Al鍍層高強度鋼產品。
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