劉成
為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活需要，燃油效率和排放相關(guān)法規(guī)要求日趨嚴(yán)格，而汽車的二氧化碳排放量與其重量成正比，因此，減輕汽車重量成為實(shí)現(xiàn)碳減排的一大關(guān)鍵。即使是對(duì)相對(duì)綠色環(huán)保的電動(dòng)汽車來說，由于需要安裝100千克~200千克重的電池，推動(dòng)車身輕量化，也有助于其進(jìn)一步提高燃油效率，延長續(xù)航里程。由于汽車60%以上的重量是鋼制零件的重量，推廣使用高強(qiáng)度鋼可以有效減輕汽車重量。近10年來，抗拉強(qiáng)度超過980兆帕級(jí)的高強(qiáng)度鋼應(yīng)用不斷取得突破，本文將以日本JFE鋼鐵為例，介紹汽車輕量化、高強(qiáng)度鋼的研發(fā)進(jìn)展。
不同年份和用途的汽車用鋼強(qiáng)度變化
圖1展示了汽車部件用鋼的抗拉強(qiáng)度。圖1中的灰色區(qū)域表示2007年汽車部件用鋼的抗拉強(qiáng)度，深色區(qū)域表示近10年汽車部件用鋼的抗拉強(qiáng)度。此前汽車外板多使用抗拉強(qiáng)度為340兆帕的鋼板，但目前已呈現(xiàn)出使用440兆帕級(jí)鋼板的傾向。由于在汽車外板制造中使用的440兆帕級(jí)鋼板厚度僅為0.6毫米，如何保持足夠的剛度和抗凹陷性能是一大關(guān)鍵。
目前汽車吸能部件多使用有良好加工硬化性能的440兆帕級(jí)~780兆帕級(jí)鋼板，后期將傾向于采用抗拉強(qiáng)度超過780兆帕的高強(qiáng)度鋼板。
對(duì)于保護(hù)車廂內(nèi)乘客的支柱、搖臂和其他部件來說，目前多使用590兆帕級(jí)~1180兆帕級(jí)的高強(qiáng)度鋼板。這樣的話，即使是在較大的碰撞載荷下，也能有效防止變形。另外，目前通過熱沖壓成型工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度汽車部件數(shù)量也在增加。熱沖壓成型工藝通過將鋼板加熱到950攝氏度左右并用模具進(jìn)行淬火來獲得熱沖壓成型高強(qiáng)鋼。汽車保險(xiǎn)杠和防撞梁早期使用高強(qiáng)度鋼板，現(xiàn)已開始使用熱沖壓成型高強(qiáng)鋼。
與冷沖壓成型工藝相比，熱沖壓成型工藝具有明顯優(yōu)勢(shì)，不僅可以得到超高強(qiáng)度的汽車部件，而且成型性相對(duì)較好，部件表面硬度、抗凹性和剛度好。不過，熱沖壓成型工藝也存在一些缺點(diǎn)，比如，生產(chǎn)節(jié)奏相對(duì)較慢、制造成本較高、受形狀限制等。電阻點(diǎn)焊過程中的液態(tài)金屬所致脆化（LME）、延遲斷裂和模具壽命較短是這兩種工藝共同存在的問題。
JFE汽車用高強(qiáng)度鋼的輕量化和高韌性
多年來，JFE鋼鐵積極推進(jìn)各種高強(qiáng)度鋼板的技術(shù)開發(fā)、優(yōu)化和應(yīng)用。本文將對(duì)JFE鋼鐵開發(fā)出的汽車面板用高強(qiáng)度冷軋鋼和鍍鋅鋼（440BH）、結(jié)構(gòu)件用冷軋鋼板和可改善成型性的表面處理技術(shù)進(jìn)行介紹。
汽車面板用高強(qiáng)度冷軋鋼和鍍鋅鋼（440BH）
圖2顯示了用于汽車面板的BH（烘烤硬化）鋼在生產(chǎn)過程中屈服強(qiáng)度的變化。這些鋼板因沖壓成型而表現(xiàn)出加工硬化，同時(shí)由于涂料烘烤的熱量而時(shí)效硬化。在壓制成型中，可通過降低屈服強(qiáng)度獲得優(yōu)異的表面質(zhì)量。與常規(guī)340BH和普通440W鋼板相比，440BH的屈服強(qiáng)度低于440W，與340BH大致相同；經(jīng)烘烤處理后的440BH屈服強(qiáng)度高于340BH，接近440W。考慮到抗凹陷性與厚度的1/2次方成正比，使用440BH鋼代替340BH鋼，可使厚度減小0.05毫米。440BH鋼的低屈服強(qiáng)度歸因于鐵素體基體中的馬氏體含量少。
然而，使用高強(qiáng)度鋼并不一定能提高剛度，因?yàn)閯偠葍H由板厚和楊氏模量（描述固體材料抵抗形變能力的物理量）決定。因此，JFE鋼鐵開發(fā)出一種提高面板剛度的新技術(shù)，具備了輕量化高性能面板零件生產(chǎn)能力。
結(jié)構(gòu)件用冷軋鋼板
為防止鋼板出現(xiàn)面內(nèi)開裂和剪切邊開裂的情況，汽車結(jié)構(gòu)件必須具有較高的成型性。高強(qiáng)度鋼板的這些性能可以用延伸率和擴(kuò)孔率來表示。延伸率（EL）是當(dāng)鋼板以凸起形狀（稱為拉伸成型或凸起成型）成型時(shí)的可成型性指標(biāo)。擴(kuò)孔率（λ）是鋼板剪切邊成型性的一個(gè)指標(biāo)，表示為在沖孔時(shí)擴(kuò)孔到鋼板邊緣產(chǎn)生裂紋時(shí)的孔徑增加量。對(duì)于這兩個(gè)指標(biāo)來說，數(shù)值越高表示成型性越高。
JFE鋼鐵通過精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)控制開發(fā)出了高成型性鋼板，形成了名為JEFORMATM的產(chǎn)品陣容。其中，1型產(chǎn)品具有比普通鋼板更高的延伸率（EL）和出色的拉伸成型性（深沖）。2型產(chǎn)品比1型產(chǎn)品具有更高的擴(kuò)孔率（λ）和出色的拉伸凸緣性。3型產(chǎn)品比1型產(chǎn)品具有更高的延伸率，并可進(jìn)行更深的拉伸。通過開發(fā)該系列產(chǎn)品，JFE鋼鐵可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜汽車零件的生產(chǎn)。
改善成型性的表面處理技術(shù)
高強(qiáng)度鋼的延伸率不可避免地低于低強(qiáng)度鋼。JFE鋼鐵開發(fā)了一種汽車用高潤滑熱浸鍍鋅層（JAZTM），可補(bǔ)償因延伸率低而導(dǎo)致的可成型性降低，減小鋼板與模具間的摩擦阻力，旨在改善低碳鋼的可成型性。目前，該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，可有效應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼板。
使用了JAZTM的熱鍍鋅鋼板的拉伸程度高于不使用JAZTM的熱鍍鋅鋼板。拉伸程度隨鋼板延伸率的增加而線性增加。
《中國冶金報(bào)》（2020年07月31日 02版二版）
