2015年12月,JFE開發(fā)出同時具有良好延展性和擴孔性的980MPa級高強冷軋耐磨鋼板,這在業(yè)界屬首例。
為提高超高強鋼的延展性,需在耐磨板的金屬組織中同時存在富有延展性的軟質(zhì)相和保證強度的硬質(zhì)相。因此,較大的硬度差成為缺陷源,造成延展翻邊、成型性能變差。而擴孔性良好的超高強鋼金屬組織為單一的硬質(zhì)相,延展性較差。JFE采用獨有的熱處理技術(shù),不僅在金屬組織中有軟質(zhì)相和硬質(zhì)相,還分散有中間硬度相,成功地降低了組織中的硬度差,提高了高延展性材料的擴孔性。
蒂森克虜伯。2015年5月,蒂森克虜伯在日本橫濱太平洋國際會展中心舉行的“2015人與車科技展”上展出了用兩種高張力鋼板組合而成的復(fù)合鋼板制造的車身骨架部件。此次展出的是采用熱成型工藝制造的中柱試制品,預(yù)計該鋼板最早將于2017年被多家歐洲汽車廠商采用。
該復(fù)合鋼板TriBond分為中柱用途和前大梁用途兩種類型,采用兩塊拉伸強度為500MPa級的高張力鋼板夾住一塊1.5GPa級高張力鋼板的三層構(gòu)造。
中柱用鋼板的抗拉強度為1.3GPa,可進行角度為85°的彎曲加工,可加工性比以前的1.5GPa級熱成型材料還要好。雖然材料成本比1.5GPa級熱成型材料高出5%左右,但可加工性良好,因此能夠減少材料用量,從而使重量減輕約8%。前大梁用鋼板的抗拉強度為1.1GPa,可進行135°彎曲加工。為了在車輛發(fā)生碰撞后容易吸收沖擊能量,該鋼板的強度低于中柱用鋼板,因而更易發(fā)生變形。蒂森克虜伯通過實驗證實,受到撞擊后,該鋼板只會翻折變形而不會發(fā)生破裂。
復(fù)合鋼板首先通過熱軋和冷軋工藝軋薄三層重疊的材料,然后再制成環(huán)形中間材料,以中間材料的形式向汽車廠商等供貨。采用熱軋工藝將厚度約為250mm的初軋板坯軋薄至約30mm時,三層鋼板會牢固地接合在一起。
強度和可加工性可通過改變?nèi)龑愉摪宓暮穸缺壤齺碚{(diào)整。如果是中柱用鋼板,兩塊500MPa級鋼板的厚度比例各為10%,而1.5GPa級鋼板的厚度比例為80%。如果是前大梁用鋼板,兩塊500MPa級鋼板的厚度比例各為20%,而1.5GPa級鋼板的厚度比例為60%。
日本。對層壓復(fù)合鋼板的開發(fā),是日本文部科學(xué)省“以超精加工技術(shù)材料為中心融合新興領(lǐng)域”的研究開發(fā)項目,該項目以開發(fā)使汽車進一步輕量化的新超高強度、高延展性材料為目標(biāo)。研究成果顯示,通過將硬質(zhì)組織與軟質(zhì)組織層狀組合,可實現(xiàn)高強度和高延展性的統(tǒng)一,即在保持超高強度的同時,層壓復(fù)合可實現(xiàn)現(xiàn)有單一材料難以實現(xiàn)的高水平的延展性。一直參與項目的新日鐵住金和JFE鋼鐵公司將把這些經(jīng)驗應(yīng)用于汽車用高比強度材料的開發(fā)中。
日本政府主導(dǎo)的科研項目“創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)材料研究開發(fā)”中的子項目“超高張力鋼板開發(fā)”有望縮短預(yù)期的研發(fā)時間,于2017年提前完成。項目的目標(biāo)是在2020財年開發(fā)出能同時實現(xiàn)抗拉強度1.5GPa和延伸率20%的超高強鋼板,以新日鐵住金、JFE鋼鐵和神戶制鋼所為主導(dǎo)的日本鋼企開展了該項目的研究。項目中期目標(biāo)是在2015財年研發(fā)出抗拉強度1.2GPa、延伸率15%的鋼板,但在2014財年,這3家公司就已經(jīng)在實驗室試制成功。
韓國。韓國政府非常支持“常溫成型延伸率25%以上、密度7.05g/cm3以上的GPa級低密度輕量鋼材”的開發(fā)工作。浦項和現(xiàn)代制鐵正在加快研制具有2GPa級強度的汽車板。浦項為了滿足客戶需求,正在致力于開發(fā)質(zhì)量優(yōu)秀的超高強度馬氏體鋼,以及拉伸強度為1.8GPa—2GPa級熱成型鋼。現(xiàn)代制鐵稱,正在開發(fā)1.8GIGA—2GIGA級熱成型鋼和780MPa級底盤用熱軋鍍鋅板,而980MPa級底盤用熱軋鍍鋅板產(chǎn)品還在研究之中。
先進高強鋼的應(yīng)用獲得認(rèn)可
鋼鐵企業(yè)所付出的巨大努力也已經(jīng)獲得汽車行業(yè)的高度認(rèn)可,多款新品得到了應(yīng)用。
2016年,通用旗下邁銳寶、君越、新君威、XT5陸續(xù)推出,上述新車均采用通用最新中高級車平臺打造,相比之前,運用更多全新技術(shù)、材料,致力于在保證安全的前提下提升輕量化水平。其中,邁銳寶XL在車身大比例應(yīng)用了高強度鋼和超強度鋼,在保證強度的情況下,成功實現(xiàn)減重。作為別克新一代高檔轎車的代表之作,全新一代君越車身高強度材料的使用比例達75%,其中超高強度鋼比例罕見性地達到41%。在A柱、B柱、門檻梁、車頂和車底等核心區(qū)域,屈服強度在900MPa—1500MPa的超高強度鋼和熱成型鋼被大量使用,極大地提高了整個乘員艙的強度。前后車門內(nèi),同樣以最高規(guī)格的PHS熱成型鋼作為防撞梁。此前,通用雪佛蘭樂風(fēng)RV率先在國內(nèi)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用寶鋼第三代先進高強鋼,整車采用高強度車身安全結(jié)構(gòu),其中超高強度鋼使用比例為6%,超過同級其他車型,成功實現(xiàn)相關(guān)零部件減重20%。2015年6月上市的上海通用新生代運動轎車別克威朗車身采用高強鋼比例達72%。2015年7月,上汽通用五菱汽車發(fā)布家用SUV“寶駿560”,車身高強鋼使用比例超過55%。2016年1月,北汽紳寶X55上市,車身高強鋼使用比例達到68%。
在歐洲,浦項與雷諾三星汽車近日聯(lián)合發(fā)布公告稱,即將面世的車型SM6面板和內(nèi)部車體材料上已采用浦項生產(chǎn)的高強度汽車板。其中浦項生產(chǎn)的1000MPa級超高強鋼板在該車上的比重高達18.5%,而在雷諾三星現(xiàn)有SM5、SM7車型上的比重僅為2%左右,有了大幅提高。在18.5%的應(yīng)用比重中,抗拉強度1300MPa級的超高強鋼板比重為16%,剩下的2.5%為1180MPa級的超高強鋼板,同時采用了TWB—HPF技術(shù)。
鋼鐵行業(yè)追求進步的腳步從未停止。在可見的未來,鋼材仍是汽車輕量化的主角。鋼鐵企業(yè)近年取得的顯著進展和先進高強鋼在汽車企業(yè)的應(yīng)用情況也表明,鋼鐵仍然大有潛力可挖,鋼鐵材料的應(yīng)用仍大有可為,尤其先進高強度鋼的應(yīng)用還將有較大的增長空間。為了提升產(chǎn)品競爭力,汽車主機廠和鋼廠EVI合作會越來越重要。鋼鐵企業(yè)要進一步提高作為材料供應(yīng)商對汽車開發(fā)的認(rèn)識,深層次理解汽車對材料的要求,引導(dǎo)汽車制造商使用先進高強鋼和先進成型技術(shù)等,共同推動汽車工業(yè)鋼鐵材料研發(fā)和應(yīng)用的進步。