980MPa冷轧汽车板的开发

980MPa冷轧汽车板的开发
【摘要】为做到即能使汽车轻量化又可提高撞击时车本身的安全性能，就需要使制造汽车零部件用钢板的高强度化，而且使用高强度钢板制造汽车零部件的部位正呈扩大化趋势。

最近，使用980MPa级别超高强度钢板的实例也越来越多。

众所周知，钢板的强度越高其易加工性能越低，因此，有必要根据汽车不同部位部件的使用要求分别赋予其特性。

为便于管理，对980MPa级别超高强度钢板按重视整体延伸率型、重视局部延伸率型以及兼顾两者平衡的均衡型进行了菜单化处理。

本文将对每种类型钢板的特征及其所适用的部件实例做一下介绍。

【关键词】超高强度钢板；屈服强度；延伸率；轻量化；撞击安全性能
1.前言
为防止地球温暖化，日本政府制定了燃烧汽油车辆的耗油量指标（即每公升燃料行驶的公里数）。

针对1995年度每公升汽油行驶的公里数为12.6km/l的实际业绩，政府计划到2010年度将该指标在原有基础上提高20%，即使每公升汽油行驶的公里数达到15.3km/l的目标。

随着将汽车撞击安全性能规定的法制化及其标准的提高，要求构成汽车的零部件强度也要与之相适应地加以提高。

汽车轻量化和提高发生撞击时的安全性能两者是相互矛盾的，要解决这一矛盾就必须提高所使用钢板的强度。

过去，虽然汽车采用高强度钢板的部位也很多，但车体骨架部件主体部位的抗拉强度只有440～590MPa，像保险杠及车门横梁这些需要高强度钢板的部件，才使用的是980～1180MPa等级的超高强度钢板。

最近，为实现更加轻量化的目标，超高强度钢板的使用范围正在向扩大化方向发展，其中一种新的用途就是将汽车座椅骨架部件使用980MPa级别的超高强度钢板。

众所周知，由于超高强度钢板不具有成形性能，所以，汽车上的哪个零部件也不是随便拿过钢板即能立刻投入使用的。

于是，新日本制钢公司根据汽车部件的特性，开发出了具有良好的整体延伸性能型、可提高弯曲加工性能的局部延伸型以及兼具这些特性的均衡型钢板。

本文将要介绍的是具有这些特长的980MPa 冷轧钢板及其在座椅骨架部件上的应用实例。

2.使用超高强度钢板的汽车零部件所需特性
超高强度钢板主要用在汽车保险杆加强板、车门耐撞击梁和座椅等部件上。

一般来讲，钢板的强度越高，整体延伸及局部延伸的加工性能越差。

使用钢板的用户（汽车制造厂商），为减轻零部件的重量，有将零部件的制造形状复杂化的倾向，因此，这就需要进一步提高钢板的加工性能。

图2示出了最近将980MPa级别超高强度钢板的使用范围扩大到汽车座椅部件上的应用实例。

以此为例将钢板所需的必要特性整理如下。

为防止座椅靠背成形后变形，首先要求钢板具有较高的变形传导性能，这种情况下，采用具有低屈服强度、强韧性、高n值特性的超高强度钢板对抗变形十分有效。

此外，因还需
要延伸凸缘加工成形，故还需要确保钢板的局部延伸性能与其它性能之间的平衡。

另外，铆接时也要求具有良好的局部延伸性能。

而以弯曲加工为主的汽车座椅轨道部件，则需要具有极好的局部弯曲性能。

用于制作座椅下臂的超高强度钢板，因需要进行凸肚成形和滚边成形（是先在钢板上开个孔，再将孔内边翻出拉伸成筒状的一种加工工艺——译者注。

）两道加工工艺，故在特性上，要求钢板需兼顾整体延伸和局部延伸的特性平衡这点非常重要。

需要进行扩孔加工时，就需要钢板具有良好的局部延伸性能。

因此说，超高强度钢板不是只单纯要求强度好即可，还需要根据其所使用的部位，使钢板具有最合适的特性.
3.适应特性要求的超高强度钢板的菜单化处理
新日本制铁公司根据如上所述汽车零部件所要求的特性，将改进的980MPa 级超高强度钢板的特性进行了菜单化处理，即将所生产的超高强度钢板按汽车零部件所需特性分为重视延伸率型、重视扩孔型（相当于高弯曲性能型），及兼具不同特性的均衡型3种类型，如表1所示。

超高强度钢板与软钢板不同，如果钢板整体延伸率提高了，支持扩孔（延伸凸缘）及弯曲加工等的局部延伸性能就会降低，全延伸率和局部延伸性能是两个相互矛盾的特性。

因此，要提高每种特性就必须采取完全不同的对策。

对于重视延伸率型的超高强度钢板，为保证其整体延伸率，则需以延性能极佳的铁素体组织为主，并使之形成硬质第二相的双相（DP）组织是非常必要的。

为此，就需要添加促使铁素体生成的元素以及用连续退火设备（C.A.P.L）将退火温度调整到最佳状态。

重视扩孔性能类型的超高强度钢板，如果变形集中在相组织不均匀的钢板局部，则会集中在硬质层附近的软质层产生变形，从而使扩孔性能及弯曲性能变差（2，3）。

在此种情况下要减少铁素体相和第二相之间的硬度差，就必须在连续退火工序中采取高温加热的方式改善不均匀组织的方法加以应对。

均衡型超高强度钢板，为使之兼具延伸率强和扩孔性能好的特性，研究人员分别在如下两方面采取了对策。

即让均衡型超高强度钢板的整体延伸率及扩孔性能的特性值，分别为上述两类型钢板的一半左右。

如上所述，具有不同特性的超高强度钢板就是这样被研制开发出来的，因此，可以做到根据该部件所需特性选择使用适合的超高强度钢板。

4.不同类型钢板的材料特性和应用于座椅部件制造上的实例
图3所示为所开发的各类型980MPa级超高强度钢板的延伸率（El）和扩孔率（λ）的关系。

扩孔试验如图4所示，用顶端角度为60°的样冲，冲成直径10mm的通孔，测定了裂纹贯穿整个试验板板厚时的扩孔率[4]，求证扩孔率（λ）的公式如下。

λ（%）={（d-d0）/ d0}×100
d：裂纹贯穿板厚时的孔径d0：初期直径
重视延伸率型的超高强度钢板的整体延伸率为17%左右，与其他类型的钢板相比具有较高的整体延伸性能。

重视扩孔型钢板的扩孔率是90%，扩孔性能（滚边加工性能）很高。

均衡型钢板其材质的特性值（El和λ）为上述类型钢板的一半左右，即需要延伸性能（El）也需要扩孔性能（λ）的零部件，采用这种钢板十分有效。

图5，表2所示为超高强钢板的屈服强度（YP）和抗拉强度（TS）之间的关系。

通过这两张图表可知，虽然所选择的钢板类型不同，即使它们的抗拉强度相同，也能根据需要制造出屈服应力符合要求的钢板。

照片1为均衡型钢板实际应用于汽车座椅臂部件上的实例。

使用此种类型钢板成形时未产生裂纹，成形的形状也非常良好。

5.结论
本文简单地阐述了980MPa级别的超高强度钢板的特性及其应用实例。

一直以来，被认为难以使用的超高强钢板，根据实际需要也能提高其必要特性。

通过对将提高了特性的3种类型的钢板，即，最适合用于汽车保险杠加强板等的“重视延伸率类型”（低屈服强度型）、最适合用于座椅下臂的“均衡型”、最适合加工座椅轨道及滚边加工部件的局部成形极为优异的“重视扩孔型”3种超高强度钢板特性进行菜单化处理，拓宽了超高强度钢板的使用范围。

今后还要加强同汽车制造厂和汽车零部件制造厂家的密切联系与合作，并在此基础之上进一步做出改进，以便使超高强度汽车板的使用范围更进一步扩大，为提高汽车轻量化和增强撞击安全性能做出贡献。

参考文献
[1]日本工业汽车工业会网页
[2]水井正也，武智弘，关根和雄.《铁和钢》，76，414（1990）
[3]山崎一正，水山弘一郎，冈贤，德永良帮.《塑形与加工》，36（416），973（1995）
[4]日本钢铁联盟规格
注：原文译自《新日鉄技報》第378号（2003）作者：野中俊树后藤贡一谷口裕一山崎一正
徐国伦校。