从某轿车车身设计看先进高强钢的应用

美国
7
乘用车 CAFE 目标值 27.5 mpg（约 11.8 km/L）
车重量的 30%～40%，因此车身减轻重量的潜力很大，即通过 采用轻量化的材料，就可以减轻汽车自重，从而达到节能、降 低排放的效果。目前，通过优化材料设计而降低车体质量的工 艺方法主要有以下 2 种。
（1） 以低密度材料替代钢铁材料 （如使用低密度的铝合 金、镁合金、塑料和复合材料等），但成本较高，成形和连接 工艺性较差。
图 1 汽车用钢板分类及发展趋势图 （1） IF 钢，又称无间隙原子钢。其是在含碳量低于 0.01 % 的超低碳钢中，加入 C、N 化合物元素 Ti 、Nb，使钢中的间 隙元素碳、氮原子完全固定成化物，从而钢中无间隙原子存 在，得到较纯净的铁素体，提高了其 r （各项异性系数） 值， 改善了其深冲性能，延伸率一般大于 40%。其屈服强度 130～ 210 MPa 之间，抗拉强度一般在 270 MPa 左右。目前，SGMW 微型车身的 DC 系列、B 系列都采用这种钢。 （2） 高强度 IF 钢。其是在 IF 钢的基础上加入 P、Mn （主 要是 P，成本低） 固溶强化，从而得到较高的屈服和抗拉强 度。其屈服强度在一般在 170～260 MPa 之间，抗拉强度不小 于 340 MPa，延伸率在 38 %左右。SGMW 车型几乎所有的门 外板都采用这种钢板 （B170P1）。 （3） BH 钢，又称烘烤硬化钢。这类钢中固溶了 C 和 N， 在冲压成形过程中产生位错。在 170 ℃涂漆烘烤过程中，固溶 的 C 与位错相互作用，C 原子在位错线上聚集，形成 Cottrell 气团，使钢板强度屈服强度上升 （一般增加 30～50 MPa），产 生人工应变时效硬化的效应。其是良好的门外板材料，可显著 提高门外板的抗凹性。其屈服强度在 180～280 MPa 之间，抗 拉强度大于 340 MPa。SGMW 某轿车覆盖件外板都采用这种材 料。 （4） IS 钢，又称各向同性钢。其板材的△r 值趋向于 0， 在冲压成形时不易产生皱褶制耳，有较高的抗凹性能，因此是 适用于汽车外板的材料。其强度与烘烤硬化钢板接近。因其制 造工艺复杂，价格稍高。 （5） HSLA 钢，又称高强度低合金钢，屈服强度一般在 260～550 MPa。其为低碳钢，除通过 Si、Mn 固溶强化外，还 添加 Nb、V、Ti 等微合金化元素强化。其优点是晶粒细，易 于焊接，是传统的优秀结构件钢。常见材料是 B340LA。 （6） DP 钢，又称双相钢。其组织由铁素体和马氏体组 成，强度由马氏体的硬度和马氏体的量决定。双相钢的强
白车身
9
1
2
8
3
7
4
5
6
主骨架
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
名称 地板横梁 前纵梁延伸段 前横梁 前纵梁 前纵梁加强板外板 前纵梁加强板内板 门槛加强板外板 B 柱加强板 门槛加强板内板
材料 HC340/590DP HC340/590DP HC340/590DP HC420/780DP HC340/590DP HC340/590DP HC340/590DP HC340/590DP HC340/590DP
17
其结构件和安全件的设计必须得到充分优化。 如图 3 所示，此车身为承载式车身结构，它以超高强钢
DP800 和 DP600 材料的安全件组成主骨架，以 CR340LA 材料 的连接件和加强件组成“笼”式车身结构。由于充分应用了 高强钢，其安碰件和加强件材料的厚度都得到了明显的降低。 表 2 是 SGMW 某车型与前代车型同类零件材料应用状况的对 比 。 门 槛 加 强 板 原 车 型 采 用 1.2 mm 厚 的 260LA 钢 ， 采 用 HC340/590DP 后，降低到 0.8 mm 就能满足设计要求，单个零 件减重达 34 %。
（8） 马氏体钢。其组织几乎全部由低碳马氏体组成，因此 强度非常高，强度一般为 1 000～1 500 MPa，主要用于结构件 和安全件。由其构成的零件一般需要热成形完成，成本较高， 目前只有少量欧系车在应用。
为了减轻车重和提高安全性，近年来汽车用钢向高强度 化发展已经成为一种趋势。当钢板厚度分别减小 0.05 mm、 0.01 mm 和 0.15 mm 时，车身减重分别为 6%、12%和 18%， 可见增加钢板强度是减小板厚、减轻车重的主要途径。采用高 强度钢板能显著提高汽车车体的抗凹陷性、耐久强度、大变形 冲击强度和安全性。在实际车企设计方面，近年来高强钢板的 应用也在不断提高 （如图 2 所示）。
A H S S U s i n g R a ti o
度可达 450～1 000 MPa。其主要用于结构件和安全件，常见有 B340/590DP、B400/780DP。
（7） TRIP 钢，应变引发残留奥氏体向马氏体转变，导致 高强度和延伸性的结合。它由铁素体＋贝氏体＋残余奥氏体组 成，突出特点是有较好的延伸率 （相对于 DP 钢）。TRIP 钢的 强度一般为 600～1 000 MPa，主要用于结构件和安全件。由于 其 Si 含量达到 1.6%和具有较高的 C 含量，影响了焊接性能， 目前在通用汽车公司的生产系统内已经禁用。常见钢材有 HC400/690TR、HC420/780TR。
（2） 使用高强度材料降低钢板厚度规格，成本较低。汽车 轻量化是与汽车安全及满足汽车碰撞法规相矛盾的。新型汽车 既要减轻车辆自重，保证车身设计，又要符合安碰法规。控制 整车成本，必须大量采用先进高强度钢板。
【作者简介】乔晓勇，硕士，上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心冲压工艺工程师。
16
1 汽车用高强度钢板分类[3]
国家 日本 欧洲
CO2 减排目标 （％） 6
8
燃耗降低目标
汽油乘用车：降低 22.8％ （与 1995 年相比，到 2010 年），约 15 km/L；柴油乘用车：降低 14.9％ （与 1995 年相比，到 2005 年），约 12 km/L 乘用车燃耗：降低 25％ （约 18 km/L），CO2 排放 140 g/km(到 2008 年)
现代轿车白车身的结构，尤其是下车体结构大体上基本相 同。白车身设计目前对任何一家较大的汽车企业来说已经没有 太大的秘密可言，体现白车身设计与生产水平的产品制造质量 和整车装配尺寸控制能力。但是随着人们对汽车安全、环保和 节能的观念越来越关注，汽车车身设计既要满足安碰要求，又 要降低整车重量，即大量采用高强钢和超高强钢是必然趋势，
厚度 t渊mm冤 重要功能
1.4
侧碰袁安全
1.6
正碰袁吸能
1.6
正碰袁安全
1.6
正碰袁安全吸能
1.2
正碰袁安全吸能
乔晓勇
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）
【摘 要】介绍近年来我国汽车发展概况，节能与环保的标准要求汽车向轻量化发展的趋势以及汽车用高强度钢板 （AHSS） 分类。重点以 SGMW （上汽通用五菱汽车股份有限公司） 某车型车身设计为例，说明大量应用先进高强 钢在汽车轻量化方面具有显著效果，同时在提高汽车安全性和环保等方面也具有重大优势。指出研究先进高强钢 的成形控制技术，以及在今后新产品车身设计中综合应用先进高强钢来提高汽车安全性是以后重点研究的课题。 【关键词】汽车轻量化；先进高强钢；安碰要求；成形技术 【中图分类号】TG142.45 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2010）14-0016-04
应用技术 Applied Technology
企业科技与发展 Enterprise Science And Technology ＆ Development
2010 年第 14 期（总第 284 期） NO.14, 2010（Cumulatively NO.284）
从 SGMW 某轿车车身设计看先进高强钢的应用
世界各大汽车生产和消费国，均十分重视这三大问题。随 着全球能源危机扩大和环境问题越来越受到重视，汽车燃油消 耗和排放法规的制定逐步严格 （如表 1 所示）。欧洲 2004 年已 经全面实施“欧四”标准，日本于 2008 年颁布了更严格的汽 车尾气排放标准，我国于 2008 年 7 月 1 日起全面实施类似 “欧三”排放法规，2009 年国家颁布了详细的降低油耗和降低 CO2 排放的标准，对超标的汽车和企业进行相应的处罚。
汽车用钢板按照屈服强度大小分类 （如图 1 所示），低于 210 MPa 的为低强度钢板，210～550 MPa 为高强钢板，大于 550 MPa 的为超高强度钢板。汽车钢板的强度取决于其微观结 构和微量合金元素的含量，不同合金元素的加入和不同的工艺 改变了钢的结构，从而决定了其力学性能，分类如下。
众所周知，汽车油耗除与发动机的性能有关外，还和汽车 的整车质量密切相关。日本专家大久保宣夫指出，汽车重量每 下降 10%，油耗可降低 8%～10%；世界铝业协会也提出汽车 每减重 10%，油耗降低 8%，排放降低 4%[1]。一般白车身占汽
பைடு நூலகம்
表 1 日本、欧洲和美国制定的乘用车降低油耗和 CO2 排放的标准[2]
On the Applications of AHSS in Some Car Body of SGMW
QIAO Xiao-yong
【Abstract】This article tells about the development of automobile in China, the development trend of automobile lightweight under the requirement of energy saving and environment friendly as well as the classification of AHSS used for automobile. Taking an example of the design of a car body of SGMW (SAIC-GM-Wuling Automobile Co.,Ltd.), it focuses on the remarkable effects of the application of AHSS in automobile lightweight, car safety and environment. It also points out the key projects will fall in the forming technique of AHSS and the applications of AHSS to new car body design to enhance automobile safety. 【Key Words】automobile lightweight; advanced high strength stee（l AHSS）; safety requirement; forming technique