汽车板生产工艺

汽车板生产工艺,陈礼清东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,2008年6月,主要内容,第一部分汽车板简介第二部分冷轧汽车板生产第三部分热轧汽车板生产,第一部分,汽车板简介,第一讲,第一章汽车的发展与汽车板第二章汽车板的质量品种要求第三章汽车板的分类和牌号第四章现代板带生产的冶金流程简介,1.1汽车构成,第一章汽车板的发展与汽车板,汽车中高强钢板的使用情况,Source:NipponSteelNews,No.304,June2003,ULSAB-AVC车身构造(图中的数字为抗拉强度/MPa),1.2构成汽车的原材料,美国汽车材料重量组成(%),汽车的费用组成(%)(数据来源:德国联邦统计局),数据来源：上海科学技术情报研究所整理,钢铁材料约占70%，钢铁材料中的薄钢板用量最大。,221(30%),41(6%),114(15%),29(3%),0.3(0.04%),336(45%),4(0.5%),单车用料种类,每辆车各种钢板用量(kg),典型轿车单车用钢板量直方图(百分数指各用料占全部用料量的比例),34(6%),18(3%),190(31%),42(7%),82(14%),236(39%),5(0.8%),单车用料种类,单车涉及零件数(件),典型轿车单车涉及零件数目直方图,汽车车体重量的变化（模式图）,车体重量,新日铁高强钢产量的变化,新日铁汽车用HSS,日本客车各种配件的最大抗拉强度,强度级别使用率的现状和10年后的预测值（重量比率）,高强度钢板在新型轿车车体部件上的应用率/%,高强度钢板在车体上的应用率/%,A,B,G汽车厂,日本高强度钢板的强度和种类现状,新日铁亚洲地区汽车用钢板最具有竞争力的企业，同时该公司生产的汽车用镀锌板和高性能车用钢材，技术在世界上居第一位。新日铁汽车钢材最突出的特点为：实行产品差别化战略，即避免与其它钢铁同行生产雷同产品，坚持开发、生产其它厂无法生产或产量较少的特殊及高档产品。为此，新日铁开发研究中心于2001年初与欧洲阿赛里斯钢厂合作，共同构起合作研究开发体系。,国外著名企业汽车板生产概况,新日铁热轧汽车板品种开发情况,新日铁冷轧汽车板,新日铁合金化镀锌汽车板,阿塞洛阿塞洛(Arcelor)是欧洲地区最大的汽车用钢板生产企业，设有专门阿塞洛汽车部(ArcelorAuto)。阿塞洛汽车用钢板生产的最显著特点是，在全球钢铁企业中，该公司是第一家与汽车厂建立共同“设计与伙伴”合作关系的钢厂。这一合作关系使其得以参与新车开发、设计乃至生产全过程，确立与客户的紧密战略协作关系。,阿塞洛近年来汽车板的开发应用情况,(1)热轧汽车板,注：商业化，针对用户的新试产品，正在开发；YS屈服强度，TS抗拉强度；BH烘烤硬化钢，HS高强钢，DP双相钢，TRIP相变诱导塑性钢，MP多相钢。,(2)冷轧汽车板,注：商业化，针对用户的新试产品，正在开发；YS屈服强度，TS抗拉强度；BH烘烤硬化钢，HS高强钢，DP双相钢，TRIP相变诱导塑性钢，MP多相钢。,(3)电镀锌汽车板,注：商业化，针对用户的新试产品，正在开发；YS屈服强度，TS抗拉强度；BH烘烤硬化钢，HS高强钢，DP双相钢，TRIP相变诱导塑性钢，MP多相钢。,(4)热镀锌汽车板,注：商业化，针对用户的新试产品，正在开发；YS屈服强度，TS抗拉强度；BH烘烤硬化钢，HS高强钢，DP双相钢，TRIP相变诱导塑性钢，MP多相钢。,(5)合金化热镀锌汽车板,(6)热轧镀锌汽车板,(7)镀铝汽车板,注：商业化，针对用户的新试产品，正在开发；YS屈服强度，TS抗拉强度；BH烘烤硬化钢，HS高强钢，DP双相钢，TRIP相变诱导塑性钢，MP多相钢。,国内企业汽车板生产情况,2003年，我国生产汽车444.37万辆(轿车201.89万辆、客车119.52万辆、货车122.96万辆)，汽车整车制造消费钢材约730万吨，其中汽车板约450万吨。进口汽车板约占消费量的30%左右，主要是轿车用冷轧板，约占轿车用冷轧板的50%。,目前，我国生产汽车板的企业主要有宝钢股份、鞍钢、武钢和攀钢等。宝钢股份是最大的汽车板生产企业，2003年，汽车板市场占有率36.1%，汽车用冷轧板市场占有率46%，技术含量最高的轿车面板(05板)只有宝钢股份能够生产。鞍钢、武钢和攀钢生产的汽车板大部分为热轧板，仅少量供应部分规格和牌号的冷轧板。此外，2003年以来，珠钢和包钢CSP生产线也已经试制成功并小批量生产汽车用热轧板。,从一汽、上海大众和东风等3家企业的汽车板使用情况看，一汽和东风货车用钢板除少部分超深冲板需进口外，基本实现了国产化，主要来自宝钢股份、鞍钢、武钢和攀钢。不同轿车车型所使用钢板差别较大，中低档轿车板国产化率较高，高档轿车板尚需大量进口。一汽大众轿车板大部分来自进口，主要由蒂森等国外钢铁企业供货，少部分由宝钢股份供应。上海大众轿车板国产化率约56.6%，主要来自宝钢股份。东风富康轿车用钢板国产化率约90%，主要来自宝钢股份、武钢和鞍钢。,国内复杂的汽车品牌格局，在一定程度上加大了汽车板生产难度。仅轿车就有18家外国公司在我国建厂，引进车型种类繁多，导致汽车板标准、规格和品种需求的多样化。例如，大众系列轿车用板采用德国标准，品种涉及热镀锌、电镀锌和高强度钢板等，最宽为1800mm，最厚为4mm；富康轿车用板采用法国标准，以热镀锌板为主；夏利轿车用板采用日本标准，以热镀锌合金化板为主；切诺基吉普车用板采用美国标准，热镀锌和热镀锌合金化板并用。经过多年演变，世界各国都有各自的轿车用钢体系，而我国尚未形成一个统一的汽车板标准。,我国汽车板与国外的差距,(1)产品档次低、品种少。国外高强度汽车板生产技术已成熟，最高屈服强度可达1200MPa。高强度复相钢和高强度IF钢对钢中5大元素含量控制很严格，IF钢还需要超低的C、N含量(一般要求20ppm以下)，这两类钢都需要进行复杂的微合金化工艺和退火热处理工艺。目前，我国钢铁企业在上述两类产品上尚未形成稳定成熟的技术，汽车板仍主要以低碳铝镇静钢为主，虽然强度级别也有所提高，但最高只有800MPa，一般用于非关键部件。在高强度复相钢上，仅宝钢股份掌握了TRIP钢和DP钢的部分生产技术，大部分的超高强度汽车板尚在研究试验阶段。,(2)镀锌汽车板生产技术落后。随着对汽车寿命和防腐要求的提高，国外镀锌汽车板使用量逐年增多，欧洲轿车车身使用镀锌板的比例已达85%以上，未来将100%使用镀锌板。我国镀锌汽车板与国外有较大差距。例如，对退火温度和气氛的控制、锌层厚度和锌花的控制技术不成熟，板形、表面质量不够理想，存在镀层表面麻点、小气泡、镀层不均及弯曲后锌层易脱落等缺陷。此外，高档的Galvalume(铝锌合金镀层板)和Galfan(锌铝合金镀层板)尚不能大量生产。,第二章汽车板的质量品种要求,2.1质量要求,现代汽车的发展趋势：减重、节能、防腐、防污染、防噪声以及安全舒适,对现代汽车用钢板的要求除了传统的结构性能、经济性能外，还包括：1)优良的成形性能，即高的塑性应变比r值，高的均匀伸出率，高的总伸长率，低的屈服强度，低的时效指数和低的屈服伸长冲制复杂的汽车覆盖件2)良好的抗凹陷能力和足够的结构刚度，避免在制造和使用过程中产生凹陷，冲撞中吸收能量，要求钢板具有一定的强度和刚度，即高的b和适当的烘烤硬化性与加工硬化能力。,3)良好的焊接性能，保证零件有效地连接及焊点和焊点周边区域的强度和性能不发生大的变化；4)优良的表面形貌和光洁程度，良好的喷涂性能和对油漆涂镀层的附着性能，以求外表美观；高的耐蚀性能；良好的板形和板面平直度，严格的尺寸精度和性能均匀性；为了减少汽车在行驶过程中的雷鸣效应，部分零部件用钢板应有吸声减振效果。,2.2品种要求,冷轧汽车薄板系列：1)以减重节能为目标的高强度钢板系列；2)以提高成形性为目标的深冲钢板系列；3)以提高汽车防腐能力为目标的表面处理钢板系列；4)以发展高性能汽车为目标的减振消音用的复合钢板和改善外观质量、提高反光性能的镜面钢板等。,1)以减重节能为目标的高强度钢板系列,高强度汽车板分为普通冲压级、深冲级和超深冲级三大类。按照强化机理可以分成4种类型：(a)固溶强化型加磷钢板通过加P使铁素体固溶强化以提高强度，其强度级别为320MPa,360MPa。加磷高强板具有满意的成形性能，深冲级r值为1.41.6,超深冲级可以达到2.0。(b)弥散强化型高强度低合金钢板通过加入Mn、Cu、Mo、V、Ti、Co和适当的控轧控冷工艺产生弥散强化、晶粒细化、回复强化以提高强度。其强度级别为380MPa、420MPa、460MPa、500MPa和540MPa。Cu析出强化钢抗拉强度可达610MPa，r值可达1.9，加Mn后IF钢抗拉强度达440MPa,r值为1.52.0。,(c)相变强化型的双相钢和马氏体钢板双相钢出现于20世纪70年代中期，通过适当的合金元素和生产工艺获得8090%的铁素体和1020%的马氏体组织，具有低屈服强度、高加工硬化指数、成形性良好，抗拉强度可以达到5601030MPa。马氏体钢为高锰(0.81.6%Mn)，在快速冷却下控制AM转变，获得80以上的马氏体组织和极高的强度(6891034MPa)。(d)烘烤硬化型的BH钢板通过适当的退火工艺控制固溶碳原子数量，达到冲压前低屈服强度，在烘烤过程中屈服强度增高4080MPa，从而提高材料的抗凹陷能力。BH钢板具有良好的成形性能，超深冲BH钢板的r值可以达到2.3，是一种综合性能理想的汽车用板。,2)超深冲钢板系列,一般来说，钢板的强度越高，成形性就会下降。因此，汽车工业中需要既具有高强度又有良好成形性的钢板，满足这一要求的就是超深冲钢板。超深冲钢板的典型代表是IF钢板(无间隙原子钢)IF钢是在超低碳钢的基础上加入一定量的NbTi，使钢中的CN原子被固定成碳化物、氮化物，而钢中无间隙原子存在，这种钢具有极优良的成形性，即高r值(r2.0)、高n值(n0.25)、高的延伸率值(50%)和非时效性(AI=0)。,涂镀层钢板，表面处理钢板；汽车工业中的涂镀层钢板可以分成三个系列：热浸镀系列、电镀系列和有机涂层系列。,3)涂镀层钢板,4)新型特殊汽车钢板,层状树脂复合钢板：以安全减振为目的，降低汽车高速学士时产生的雷鸣效应，消除噪声、减少公害、提高舒适性。由2层钢板之间夹一层0.050.12mm厚的粘弹性树脂组成。减振性能随温度变化，具有很好的阻尼性能。高光亮度镜面钢板：满足高档轿车高光亮度度表面的要求，其反光性特强，表面平坦度和润滑性得到极大改善。,第三章汽车板的分类和牌号,按脱氧方式分为：沸腾钢、镇静钢和半镇静钢；按钢种与合金元素成分分为：低碳钢、低合金高强度钢、加磷钢(含磷钢)、超低碳无间隙原子钢等；按强度级别分为：普通强度级和高强度级；按冲压级别分：商用级(CQ)、普通冲压级(DQ)、深冲压级(DDQ)和超深冲压级(EDDQ);按冲压件的复杂程度分：P级(普通拉延级)、S级(深拉延)、Z级(最深拉延)、F级(复杂冲压)、HF级(很复杂冲压)和ZF级(最复杂冲压)。,3.1汽车板的分类,综合考虑脱氧方式、钢种、强度和冲压级别后，简单的划分为：深冲钢板(包括用沸腾钢制造的普通冲压级别钢板以及用铝镇静钢制造的深冲压级别的钢板)、高强度钢板(各种低合金高强度钢板HSLA、含磷钢板、烘烤硬化钢板BH、双相钢板等)、镀层钢板(热镀锌的深冲和深冲高强度钢板以及各种合金镀层板)、超低碳超深冲钢板(无间隙原子钢板IF、超深冲高强钢板、超深冲烘烤硬化钢板等)、复合钢板(轻质夹层复合板和树脂复合减振板等)。为了体现汽车板的进步，人们也习惯将冲压板分成三代产品，沸腾钢为第一代(20世纪5060年代)，铝镇静钢为第二代(20世纪6080年代)、无间隙原子钢为第三代(20世纪80年代以后)。,三代冲压用钢性能比较,表中列出了中国、日本、德国、英国、前苏联以及国际上常用深冲汽车板的牌号。(有些是企业标准),3.2汽车板的牌号,第四章现代板带生产的冶金流程简介,冶金因素如何产生作用及对材料性能的影响,冶炼：热轧带钢和冷轧带钢几乎只用吹氧法冶炼。在转炉中，通过适宜的方法使预脱硫的生铁经过复合吹炼，即以氧枪顶吹和惰性气体底吹后转变成钢。为了在很窄的成分范