低合金高强度钢在空调钣金件中的应用前景

龙 江，蒋子琪

(珠海格力电器股份有限公司，珠海 519070)

前言

现有的空调的支承件和结构件中钣金件占据了很大的比例，钣金件的强度质量在空调的安全性和结构性中起着至关重要的作用，所使用原材料(钢板)强度的提高、性能的改善与空调的使用寿命、安全性能提高、工艺改善、产品质量改进及成本降低都有很大关系。

根据现有的调查情况，为实现汽车的轻量化，高强度板在汽车的车身中使用相当广泛[1]。但是在空调行业的钣金件制作中却很难看到低合金高强度钢的身影。

1 材料介绍及参数分析

在传统的方式中，钢强度的增强方式主要是提高钢中碳的含量来实现，但是随着碳含量的增加，钢板的塑性会降低，焊接性能也会下降。但是低合金高强度钢却改变了这一现状，以低碳和低硫为主要特征，在钢中添加少量合金元素，通过细化晶粒的方式来提高钢的强度，并通过连续退火来获得良好的综合力学性能。

1.1 定义

行业上按力学性能分类，通常将屈服强度大于210MPa小于510MPa，抗拉强度大于270MPa小于700MPa的钢称为高强度钢，低合金高强度钢(HSLA钢)属于其中一种[2]。

低合金高强度钢(HSLA钢)是指在低碳钢中添加少量合金化元素使轧制态或正火态的屈服强度超过275MPa的低合金工程结构钢，它的含合金总量<3%。

一般按强度分为300、350、400和450MPa等4个级别。

1.2 材料参数

通过对某钢厂提供350MPa级别的样件进行实际的分析，得出了该级别低合金高强度钢化学成分参数(如表1)，以及1.2mm厚度和0.8mm厚度所对应的力学性能参数(如表2)。

表1 350MPa级低合金高强度钢化学成分

表2 350MPa级低合金高强度钢力学性能

2 性能

对于空调的钣金件而言，除了要求原材料有较高的强度以外，同样还需要有较好的加工性，包括：成形性能、点焊性能，同时还要有合适的防腐性。

2.1 强度

使用高强度钢的目的主要是在不增加重量的情况下而得到强度更高更耐久的结构或者在同样的结构条件下使用更薄的材料，典型碳素结构钢的最小屈服点为235MPa。而典型低合金高强度钢的最小屈服点为345MPa。根据比例关系，低合金高强度钢的使用允许应力是碳素结构钢的1.4倍。与碳素结构钢相比，使用低合金高强度钢可以获得更小尺寸，更轻质量的零件。

2.2 成形性能和点焊性能

2.2.1 成形性能

随着钢板材料强度的提高，材料的硬化指数的延伸率会降低，低合金高强度钢的整体成形性能要低于碳素结构钢。

因为表面翘曲度较高，高强度钢板成形后回弹相对较大，不过，即使低合金高强度钢的成形操作变形相当剧烈，但同样可以使用用于碳素结构钢成形的各种设备。只需在成形模具中加大回弹的修正值，增加折弯的半径即可保证。

2.2.2 点焊性能

通过使用焊接模拟软件对低合金高强度钢进行点焊方面的模拟，低合金高强度钢能满足现有点焊的要求。

图1 低合金高强度钢点焊模拟图

2.3 防腐性

按照钢板的腐蚀机理，钢板的腐蚀是从外向内逐层腐蚀的。现有空调钣金件所使用的镀锌板防腐性能都是通过钢板表面的镀锌层或者在表面上增加防腐层(例如表面喷涂)来实现。

图2 低合金高强度钢点焊应力云图

表3 低合金高强度钢的加工性能可行性

高强钢可采用镀锌防腐工艺，在高强钢的表面进行适当的工艺处理(如耐指纹处理、钝化处理、喷涂处理等)，可达到出色的防腐效果，可满足空调器的防腐标准。

通过对某钢厂提供的样件进行中性盐雾试验，低合金高强度钢防腐性能满足空调器钣金件的防腐要求。

图3 基板200H盐雾未出现红绣

3 应用

以某款电机支架为例进行比较(按年产量1200万件进行计算)，现有该零件加工使用的碳素合金钢材料厚度为1.2mm，若按照低合金高强度钢1.4倍的允许应力比值进行计算，使用0.8mm的料厚即可达到要求，对零件加工过程进行适当处理后，通过做样进行试验，试验结果如下：

图4 试验后电机支架状态

表4 电机支架样件试验结果

以上试验结果表明，0.8mm厚的低合金高强度板完全能替代1.2mm厚的碳素合金钢，满足各种加工和性能的要求，但使用低合金钢能大大的节约材料的成本(普通碳素钢按6000元/吨，低合金高强度钢按6100元/吨)。

表5 材料成本对比表

4 结论

通过大量的工艺参数和工艺试验的分析，不管是在力学性能方面还是加工性能、防腐性方面，低合金高强度钢都能很好的满足现有空调器钣金件原材料所需的要求，在保证零件的各种性能的情况下，所加工的产品能获得比普通钢板更薄的截面(厚度)和更低廉的成本。

随着现代社会消费者对空调器产品的质量要求越来越高，空调器加工的质量管理控制也到了一个近乎严苛的地步。更轻的质量、更稳定的性能、更低廉的价格都成了消费者和生产者追求的方向。而恰好低合金高强度钢在空调器的钣金件加工中能更好的满足这一要求。

相信在不久的将来，低合金高强度钢会在空调的钣金件加工中得到非常广泛的应用。

[1] 周岱云．高强度钢板在汽车车身中的应用[J]．汽车工程师，2012，(1)：55-56

[2] 马鸣图，Ming F.Shi．先进高强度钢及其在汽车工业中的应用[J]．钢铁，2004，(7)：68-72