全球汽车轻量化的发展势头迅猛，高强度钢板的分类及应用

全球汽车轻量化快速发展，新材料、新技术不断更好地应用到车身上。 本文主要简单阐述高强钢、铝合金材料以及相应的高效成形工艺在整车上的应用。

近年来，为了应对汽车轻量化、提高汽车碰撞安全性能、降低制造成本以及未来汽车发展的需求，在金属材料方面，高强度钢和铝合金材料得到越来越多的使用。 相应地，热成型、激光拼接、焊板等高效成型工艺的研发也受到了行业厂商的广泛关注，并取得了创新和应用。

高强度钢板

高强度钢板是在普通碳素钢中添加少量合金元素制成的。 这种钢板的生产成本与普通碳钢相似，但合金元素的强化作用使其抗拉强度远高于普通钢板。

1、高强度钢板的优点

(1)可以减轻零件的重量。 若钢板强度提高40～50MPa，则车身外板厚度可减少20%左右；

(2)用于车身外饰件。 除了减少零件厚度外，由于其烘烤硬化特性，还可以增强零件烤漆后的表面硬度，提高零件外表面的抗凹痕能力；

(3)加工硬化率比普通钢板高，能吸收更多的冲击能。 适用于底盘前后纵梁及要求高强度、耐用的区域。 高强度钢板在车身中的比例不断增加。 与碰撞相关的关键车身框架部件均采用超高强度钢板制成，增强了车身的整体强度和抗碰撞能力，提高了车身的安全性能。

2、高强度钢板的分类及应用

(1)加磷高强度钢

加磷高强度钢，即BP钢板，具体是在低碳钢和超低碳钢中添加一定量的磷，利用磷的固溶强化作用来提高钢的强度，包括B170P1（ 340)、B210P1(390)、B250P1(440)等

图1 加磷高强钢在轮罩结构件中的应用

使用该钢板可以适当降低汽车冲压件的厚度，减轻汽车的重量，获得良好的经济效益。 可用于制作车门外板、发动机罩、车顶等外壳，以及横梁、纵梁等加强件和结构件。 图1所示某车型轮盖结构件采用B210P1加磷高强钢。

(2) 烘烤硬化钢板

烘烤硬化钢板为BH钢板，包括B140H1（270）、B180H1（340）等，采用特定的化学成分和生产工艺，在钢板中固溶了一定量的碳原子。 冲压成型后，屈服强度是涂漆和烘烤时的强度。 不仅能提高汽车外板的抗凹痕性能，而且具有良好的成型性能。 主要用于车身外覆盖件，如翼子板、车门外板、发动机罩外板、后备箱外板等。

(3)低合金高强度钢板

图2 低合金高强度钢板的应用

低合金高强度钢板，即BLa钢板，如B340LA(440)、B410LA(590)等，是在低碳钢中添加少量铌或钛合金元素，形成碳化物和碳化物而制成的。含有碳、氮等元素的氮化物。 并在铁素体上析出，从而提高钢的强度。 此类钢板成型性好，强度高，可用于制造一些强度要求较高的结构件和加强件，如门槛梁内板加强板、车门内板加强板、悬架安装支架等。副车架连接座椅内板和车门铰链加强板等。如图2所示，车门槛梁内板的前/后段加强板和前安全带支架采用B340LA低合金高强度钢板。某种型号。

(4)双相高强度钢

双相高强钢，即DP钢板，如B280/440DP、B340/590DP、B400/780DP等，是相变强化高强钢。 这类钢采用特定的化学成分和生产工艺，使钢的铁素体基体上分散分布一定量的马氏体，形成以铁素体和马氏体为主的组织，提高了钢的强度，同时时间。 成型性能。 双相高强度钢具有低屈强比、无屈服延伸、高应变硬化指数和良好的碰撞性能。 它可以减轻重量，同时提高安全性。 它是近年来发展起来的先进高强度钢材，广泛应用于汽车工业。 已在多个国家批量使用，可用于与碰撞相关的横梁、纵梁等车身框架，以及关键位置的加强板。 B280/440DP用于制造前地板左纵梁前段加强板和左三角窗内板。 B340/590DP用于制造左门槛梁内板、底板纵梁、侧板前连接板、底板座梁本体和中央隧道加强梁。

(5)相变诱导塑钢

将含0.10%～0.40%C、1.0%～2.0%Si和1.0%～2.0%Mn的钢加热至（α+γ）两相区，保持一定时间，冷却至钢以一定的速度。 体相变温度保持在该温度，最终得到铁素体+贝氏体（10%～20%）+残余奥氏体的复合组织。 钢板冷成型时诱发残余奥氏体向马氏体转变，表现出高强度、高塑性和高碰撞吸收能。 它主要用于高强度拉拔成型汽车部件，例如门框和前顶梁。 、右前纵梁车身、门槛梁及侧柱等。

热成型钢板

将高强度钢板加热至奥氏体温度范围。 钢板结构发生变化后，快速移至模具中进行快速冲压。 在保压状态下，模具内设置的冷却回路保证了一定的冷却速度。 零件淬火冷却后即可获得超高强度热成型冲压件。 内部组织为马氏体，抗拉强度可达1 500 MPa甚至更高。 热成型工艺易于成型复杂零件，且不易起皱和裂纹。 成型后几乎没有反弹。 同时，材料热加工后空冷，晶粒细化，综合力学性能大幅提高。

目前热成形用钢种主要有四种：Mn-B系列、Mn-Mo-B系列、Mn-Cr-B系列和MN-W-Ti-B系列。 强度等级为1 500 MPa的热成型材料是最常用和成熟的。 主要用于热冲压的高强度和超高强度汽车板是含硼钢板。 目前成熟的热成型冲压淬火材料强度可达1500MPa，其基本材料为22MnB5。 目前使用的热成型材料的最高强度水平已达到1,800 MPa，例如马自达CX-5的车身部件。 TWB技术使用强度等级低于1 000 MPa的热成型材料，强度等级高于2 000 MPa的材料正在开发中。

图3 热成型钢板在宝马7系、欧宝雅特车型上的应用

近年来，热冲压件在汽车车身上的应用越来越广泛。 如图3所示，宝马7系车型集成了多种材料，其中热成型材料（锰硼钢板）占15%（A/B柱、门槛梁等）。 在欧宝Astra车型中，热成型材料（锰硼钢板）占比18%。 采用高强度热成型钢板的部件包括A/B/C柱、加强板和中心槽钢。

然而，在汽车车身件强度不断提高的同时，热冲压件的冲击韧性也越来越受到人们的关注。 这是因为其显微组织由非常硬的马氏体组成，导致韧性降低。 在车身碰撞试验中，这些部件通常处于承受高冲击载荷的位置。 然而，目前还没有可靠的材料可以在韧性和脆性之间进行转换。 这也是热弯型钢未来发展急需解决的问题。 问题。 国外相关机构已开始针对这一问题开展相关研究。 蒂森克虏伯在一项调质厚钢坯的研究中提到，微量元素“铌”的应用可以提高热成型钢的韧性。

铝合金材质

铝合金与纯铝相比可以提高强度和硬度。 除固溶强化外，有些铝合金还可以通过热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相当，且强度和密度更优越。 一些合金钢。 根据铝合金的成分、加工特性和性能，铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。

1、铝合金的技术优势

（1）铝合金比重轻，仅为钢材的1/3左右，纯铝比重为2.68g/cm3；

(2)强度高，延展性和塑性好，可通过热处理改变其机械性能，具有良好的低温性能；

(3)加工性能良好，可铸造、锻造、焊接、轧制和冲压，与钢材相似；

（4）具有良好的耐腐蚀性能，能形成致密的氧化膜并具有自愈能力，即使在酸性介质中也具有良好的耐腐蚀性；

(5)易于涂漆，表面可精细化；

（6）可回收再利用，是良好的绿色材料；

(7)具有较高的弹性变形性能。

2.铝合金的应用

(1)变形铝合金板

图4 捷豹XL系列全铝车身应用

变形铝合金板材主要用于车身覆盖件。 目前，轧制板材中应用最广泛的是6000系列烘烤硬化板。 这类变形铝合金板除了具有良好的冲压成形性外，还应具有翻边延展性，以利于内外板的连接，同时还应具有良好的烘烤硬化性能。 如图4所示，业界已经应用全铝白车身、前发动机罩外板、仪表板支架等铝合金板材。

(2)铸造铝合金

图5 铸造铝合金件的车身应用

铸造铝合金最常用于发动机。 主要使用Si-Cu系列的GD-AlSi9Cu3压铸铝。 主要用于铝活塞、铝缸盖、铝缸体等零部件。 为了有效减少零件数量，提高生产效率和关键关节的刚度，现在一些车身零件也采用铸造铝合金制造（见图5）。

激光焊接毛坯

激光焊毛坯是在成熟的激光焊接技术基础上发展起来的一项新技术。 它采用高能激光将多种不同材质、厚度、涂层的精密切割钢材焊接成单一整体板材（见图4），然后冲压生产所需的零件，以满足不同场合对材料的不同性能要求。零件的零件。

图6 激光拼焊车身应用零件

激光焊毛坯生产的汽车零部件主要有前后门内板、前后纵梁、侧板、底板、车门内A/B/C柱、轮罩和尾门内板（见图6） 。 ，激光拼焊已成为汽车车身制造的标准工艺之一。

汽车轻量化发展趋势

随着能源危机和环境问题的加剧，节能减排、低碳环保成为汽车制造业最重要的抓手。 因此，轻量化已成为大势所趋，这也推动了先进高强钢及相应成形技术的发展。 。 当然，多材料复合车身也是未来的发展趋势。 全铝车身、酚醛树脂、超高强钢、变材质厚钢板、碳纤维复合材料等相继出现在车身应用中。 多材料复合车身是未来发展趋势。

最后不得不提的是，车身轻量化设计是一个系统的平衡设计。 车身轻量化设计并不是简单的车身减重，而是与车身性能设计紧密相连的系统性平衡设计。 包括如下七大要素——安全性、耐用性、NVH、功能、工艺、成本和重量。 车身轻量化设计需要综合考虑、平衡设计。

*来源于贵富阁工业在线