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新日鐵住金汽車用鋼技術研發現狀
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-05-14
新日鐵住金是日本大型鋼鐵公司之一，也是亞洲地區汽車用鋼最具競爭力的企業，其汽車用鍍鋅板和高性能車用鋼材相關技術在世界上處于先進水平。
新日鐵住金是日本大型鋼鐵公司之一，也是亞洲地區汽車用鋼最具競爭力的企業，其汽車用鍍鋅板和高性能車用鋼材相關技術在世界上處于先進水平。新日鐵住金高度關注汽車工業的發展趨勢，近年來在汽車用鋼的工藝、材料、涂層、解決方案等方面進行了多項技術創新，在汽車的輕量化、電氣化、節能、安全性、舒適性等方面發揮了重要作用。
工藝創新瞄準安全與輕量化
近年來，在汽車用鋼的工藝技術研發中，新日鐵住金主要的技術創新包括熱壓成型技術、三維熱彎淬火(3DQ)量產加工技術等。
熱壓成型技術。新日鐵住金開發的熱壓成型技術，通過材料技術和利用技術的結合，保證了部件淬火硬度的穩定性，實現了熱壓成型鋼板的穩定生產。以往的汽車用鋼成型技術是將高強鋼板進行冷沖壓加工，使用的鋼板強度級別越高，塑性變形越大，容易引起鋼板尺寸精度不良等諸多問題。新日鐵住金開發出汽車用高強鋼熱壓成型技術，有效解決了這些問題，而且運用這項技術，可生產出強度級別更高的汽車部件。
新日鐵住金開發的熱壓成型技術具體為：將鋼板加熱到900℃左右，使之在軟質化狀態下進行淬火處理，同時，利用模具與鋼板間的接觸冷卻，強化淬火效果，可滿足1500MPa級的強度要求，實現良好的尺寸精度。利用沖壓模具進行沖壓并冷卻淬火時，由于模具內部件的各個部位不一定是均勻冷卻，熱壓成型部件容易出現硬度不均現象，新日鐵住金開發了多種處理技術來解決這個問題。
三維熱彎淬火(3DQ）量產加工技術。新日鐵住金開發的三維熱彎淬火技術（3DQ，3?Dimensional?Hot?Bending?and?Quench)集合了材料開發技術、各種斷面形狀的鋼管制造技術、二次加工技術等各項技術，是一種劃時代的技術創新。三維熱彎淬火處理技術是對各種形狀的鋼管進行加熱，并用冷卻水有順序淬火的連續工藝。通過使用這種技術，鋼管可以實現抗拉強度在1500MPa以上的水平。采用這項技術制造汽車零部件，將顯著降低車輛的重量，并提高汽車碰撞安全性。
一般而言，使用高張力鋼板制造汽車部件能夠使部件更薄且確保相同的強度，可大幅減輕車身重量。但若單純減薄，剛性就會下降，導致行駛時車身振動變大，還會對方向盤操縱帶來不良影響。因此，新日鐵住金開發部門將著眼點放在了確保剛性的鋼管提高強度，將經過高頻加熱處理軟化的鋼管高速且高精度地加工成復雜的三維形狀，然后進行水冷處理，再采用可將強度提高至1500MPa級的3DQ技術進行加工，并設計了部件的最佳截面形狀、板厚和形狀，由此開發出了輕量、堅固且剛性高的橫梁支架，以及穩定制造橫梁支架的工藝。該技術首次用在了馬自達的MVP“普力馬(PREMACY)”上，利用3DQ技術加工的1500MPa級超高強度方形鋼管具體用在第三排坐席下部的橫梁支架上，該部件在確保與原來同等剛性和強度的同時，減輕了約50%的重量。
利用3DQ技術可制造出強度為1.5GPa的封閉斷面部件，取得30%~50%的輕量化效果，并能大幅度提高車輛的沖撞安全性。另外，3DQ技術在成型時不需要使用模具，因此還可減少設備投資。
材料創新提高強度減重延壽
近年來，在汽車用鋼材料研發中，新日鐵住金主要的技術創新包括汽車排氣管用鋼-YUS450-MS的開發、成型性能良好的超高強鋼-1.2GPa鍍鋅高張力鋼板的開發等。
汽車排氣管用鋼-YUS450-MS。新日鐵住金開發的排氣管材料YUS450-MS，特點在于Nb-Ti的混合添加，由此可以提高高溫特性，尤其是可以提高熱疲勞特性。為了使該材料能夠在高達950℃溫度下使用，新日鐵住金添加了Nb、Mo、W和Ti等元素來提高屈服強度。同時，使用該材料還可使汽車自重顯著減輕。
成型性能良好的超高強鋼-1.2GPa鍍鋅高張力鋼板。新日鐵住金開發的拉伸強度為1.2GPa級、經過合金化熔融鍍鋅處理的高張力鋼板，與普通冷軋鋼板相比，其開發需要鍍鋅退火生產工藝，生產難度較大，其最大強度通常限定在980MPa，被率先應用于鈴木新款輕型車“Spacia”的主要骨架部件上，是日本汽車廠商首次采用1.2GPa鍍鋅高張力鋼板。
新日鐵住金開發的1.2GPa鍍鋅高張力鋼板時，考慮到鍍鋅因素而調整了成分，并提高了制造工藝，最終實現了兼顧強度和成型性的微細金屬組織。這種鋼板能夠實現包括防銹性能在內的汽車骨架部件所需要的性能指標，因此，還可用于地板側梁以外的其他骨架部件。
涂層創新更節能環保
近年來，在汽車用鋼涂層研發中，新日鐵住金主要的技術創新包括ECOKOTE-S熱鍍錫一鋅合金板、SuperDyma熱鍍鋅一鋁一鎂一硅合金鋼板的開發等。
ECOKOTE-S熱鍍錫-鋅合金板。ECOKOTE-S熱鍍錫-鋅合金板是新日鐵住金開發出的汽車燃料箱用鋼乏，其典型皮膜結構分為：無鉻酸鹽處理特殊皮膜、Sn-Zn合金層、預處理層、基體等。其主要特點如下：一是與以往的燃料箱金屬材料相比，具備更高的耐蝕性；二是對于生物質燃料等也具備優異的耐蝕性；三是符合碳氫化合物透過限制規定，無環境負荷物質；四是優異的再生利用性。
SuperDyma熱鍍鋅一鋁一鎂一硅合金鋼板。SuperDyma是新日鐵住金開發出的熱鍍鋅一鋁一鎂一硅合金鋼板，它的表面鍍層成分主要是鋅、約11%的鋁、約%的鎂和微量的硅合金，其典型皮膜結構分為無鉻酸鹽處理特殊皮膜、Zn-Al-Mg-Si合金層、基體等。其主要特點包括：一是與熱鍍鋅鋼板相比，具有較高的耐蝕性，而且具有端面防蝕性；二是具備耐堿性，可與砂漿、混凝土接觸：三是可替代對氯較弱的不銹鋼、對堿較弱的鋁；四是可選擇與鉻酸鹽處理同等性能的無鉻酸鹽處理鋼板。
解決方案創新注重整體效果
新日鐵住金注重向用戶提供包括產品以及與產品相三套的應用技術在內的整體解決方案，在汽車用鋼領域通過與汽車行業用戶的合作，開發出了一系列汽車用高強鋼及相應的成型技術、焊接技術和汽車性能評價技術，形成了汽車用鋼整體解決方案。
成型性計算機輔助工程(CAE)技術。利用CAE技術對各種塑性加工工藝進行研究，可以減少汽車制造工藝最佳化所需要實驗的次數，縮短開發周期，減少模具的修正次數，因此具有顯著的經濟意義。在利用CAE進行研究時，最重要的是建立各個不同材料的數學模型和運用FEM進行分析。
通過將表示變形模式的成型極限曲線(FLD)與FEM解析得到的應變進行比較，可以對沖壓成型裂紋進行判斷。但是，當沖壓成型的變形路徑發生變化時，不能直接應用比例負荷時的FLD。針對這個問題，新日鐵住金提出了應力FLD方法，利用應力FLD，即使變形路徑發生變化也可以用同一個FLD對沖壓裂紋進行判斷。利用應力FLD方法不僅可以對沖壓成型時的破斷進行預測，而且可以對沖撞時的破斷進行預測。
在高強度鋼板的應用中，提高部件形，狀的穩定性非常重要，新日鐵住金已開發出各種提高部件形狀穩定性的成型技術。新日鐵住金在利用CAE技術進行汽車沖撞特性的評價中，根據對各種車體用鋼的高速變形特性，對部件的壓潰特性進行解析，提出材料的最佳配置和最佳形狀方案。實際車體沖撞時，點焊區的破斷對沖撞能量的吸收會產生影響，而點焊區的破斷受到鋼板材質、板厚、焊接條件、部件形狀等多個因素的影響。
新日鐵住金還開發出利用應力集中系數描述點焊破斷現象的方法，在該方法中的應力集中系數考慮了焊核周圍的變形拘束情況，顯著提高了解析精度。
沖擊性能評價模型。落錘試驗是一種沖擊試驗方法，重錘從不同高度落到試樣上，利用落下高度與試樣破壞率的關系等不同衡量指標來表示試樣的抗沖擊能力。
新日鐵住金擁有日本國內最大的落錘試驗機，在進行車體落錘實驗時，可通過對車體下落時的沖擊速度、沖擊力的控制，得到正確的實驗數據，并基于這些數據開發出汽車車身強度、沖擊能量吸收的解析數據模型。這些數據模型對滿足汽車安全性、輕量化的未來汽車設計貢獻很大。
新日鐵住金在沖擊性能評價實驗的數據基礎上，開發出能夠吸收沖擊能量的一種緩沖裝置，將其裝在汽車車身上，已被實際應用。
點焊焊接部位斷裂預測軟件（NSafe-SPOT）。汽車撞擊時，點焊部位斷裂有可能引起車體損傷、司乘人員受傷等一系列問題，因此對汽車點焊部位斷裂預測十分重要。新日鐵住金結合已開發的沖撞解析用軟件(LS-DYNA，PAM-CRASH)，開發了可預測點焊部位斷裂情況的軟件-NSafe-SPOT。NSafe-SPOT的主要特點是利用應力集中的原理，可對多種模式的斷裂進行高精度預測。
彎曲成型技術。新日鐵住金開發了能夠將復雜斷面結構彎曲加工成型技術，減少了以往繁瑣的焊接環節，改善了形狀精度，減少了焊接工序，可實現復雜零部件的焊接。
新日鐵住金開發的彎曲成型技術，是通過液壓成型法來實現的。鋼板經過軋制，長度延伸而厚度變薄，體積不變。基于這個原理，彎曲成型技術是將置于模具內的鋼管進行水壓通脹延伸的同時，管壁變薄，在鋼管長度方向上壓縮成型的技術。該技術在有效利用鋼管的強度特性實現薄壁化的同時，使多個零部件的接合部件成為一體，這樣就省略了接合端部的法蘭盤等，實現了輕量化和零部件數量減少、節省工藝的過程。這項技術的實用化，給車身的框架材料、排氣系統的零部件等帶來很大變化，實現了汽車復雜零部件焊接技術的進步。?
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