关于高强度钢作为汽车轻质材料的应用分析

李伟良

摘 要：随着我国的经济不断发展，如果将汽车轻量化那么可以降低汽车自重，提高燃油经济性，因此这是当今汽车技术主要发展方向之一。并且随着国家节能减排的逐步实施以及对于治超限载力度的不断加大，汽车的轻量化势在必行。虽然铝与塑料在汽车制造中所占的比重不断提高，但钢铁仍旧是汽车制造的主要材料，这就使得钢铁的轻质材料化能够较好的满足汽车的轻量化需求，下面本文对于高强度钢作为汽车轻质材料进行研究。

关键词：高强度：钢汽车；轻质材料；应用

1 汽车用高强度钢研究进展

在世界范围内的汽车行业中，高强度钢本身已经实现了较好的普及，而超高强度钢板材料才是当下世界范围内汽车行业所关注的焦点。对于高强度钢来说，马氏体钢与热冲压成形用钢在汽车行业中的应用较为广泛，马氏体钢的抗拉强度高达1500MPa，而热冲压成形用钢的最高强度能够达到1800MPa，这就使得两种高强度钢材都能够较好的满足汽车的轻量化需求，但对于这两种高强度钢来说，其本身很容易在加热状态下出现表面脱碳和氧化起皮问题，这类问题的出现就会直接影响其本身强度。除了马氏体钢与热冲压成形用钢外，Q&P钢、TG钢、TWIP钢等高强度钢还处于研究阶段，但笔者希望这些新型高强度钢材能够早日在我国汽车行业中实现广泛应用。

2 高强度钢材料的性能

下面主要详细介绍了屈服强度700MPa级热轧微合金高强度钢典型材料的成分、强化机理、力学性能，并以载货车车架纵梁和客车车身骨架等为例，说明了该钢种对商用车轻量化的作用。

2.1 材料成分及强化机理

表1为DOMEX700MC钢板和QStE700TM钢板的化学成分实测值。根据上面的测试表中我们能够清楚的看到，这两种材料的自身特点主要是碳含量较低，并且钢板中都含有大量的微量元素。在钢板中加入少量的微量合金元素能够提高钢板的结晶温度，这样能容易在高温下完成钢板的轧制工作。这其中通过加入少量的合金元素能够将钢板中的碳氮化合物粒子析出，能够在保证钢板强度的同时，保证了钢板自身的可塑性以及良好的成型性。

2.2材料性能

下面的表2中我们测试的钢板的数据我们能够清楚的看到这两种测试材料自身拥有非常高的可塑性。

3 高强度钢作为汽车轻质材料的应用

3.1 商用车中高强度钢作为汽车轻质材料的应用

对于商用车来说，我国当下商用车的轻量化与国外存在着较大差距，这种差距的出现主要是由于商用车本身对设计、材料应用、制造工艺等有着较高的要求。对于商用车应用高强度钢作为汽车轻质材料来说，车身骨架结构就能够实现高强度钢这一汽车轻质材料的较好应用。汽车零部件除疲劳强度外，其它各性能（抗拉强度和流变应力等）均正比于板厚和材料性能n次方的乘积。根据我们进行的试验设计条件，能够在相同的强度与荷载条件下，通过减少材料的厚度与质量能够满足条件。下面对一些形状相对简单但是能够承受相对弯曲力矩的零件来说，我们可以采用下面的计算公式进行计算。

上面的公式中我们将低强度钢板的厚度设为tl，高强度钢板的厚度设为t2，低强度的钢板屈服度则为Rt：L，，高强度钢板的屈服度设为Rt：L2。这样一来，如果将之前我们大范围使用的500MPa级钢板，用高强度的700MPa级钢板进行代替，那样一来可以使钢板的厚度从8mm减少到6.8mm。不仅能够将钢板的厚度减少，以至于将钢板的重量明显减轻，从而达到了非常好的轻量化的效果。因此将高强度的钢板用于汽车轻量化应用具有非常大的优势，不仅在车架上能够满足各种冲压器件的应用，还能够应用于汽车的骨架设置，导致最近这些年的发展已经出现非常快速的增长。

3.2 载货车车架纵梁

最早將高强度钢广泛的应用在车架的轻量化发展方面是在2003年的重汽，研制成功了高强度钢作为单层梁车架，并在后期研制出单层梁的样车，通过不懈的努力，现在已经能够达到量产，通过采用高强度钢作为汽车的车梁能够大大的降低车身的重量。高强度钢不仅能够将原来低强度钢设计的双层承载梁减少到单层，并且能够有效的保证车身的承载能力。现阶段，我国的大部分汽车生产企业已经开始广泛的应用高强度钢替换低强度钢的生产，而对于高强度钢的车身轻量化的改造主要通过以下几个方面。首先，将汽车车架中关于单层梁中的纵梁加强板进行取消，然后在保证车架纵梁局部强度要求的前提下，减薄纵梁材料厚度。这样不仅能够有效的降低车身重量，还能够增加车架的强度。最后通过科学合理的设计，将车架自身的腹面宽度进行降低，因为高强度钢板以及具备了支撑的承载能力。

3.3 汽车零件高强度钢轻质材料的应用

想要较好实现高强度钢这一轻质材料在汽车中的应用，我们还必须从汽车的零件人手，对于汽车零件来说，材料的选择需要遵循满足使用性能、较好的工艺性能、较好的经济性等三方面要求，这些要求高强度钢这一轻质材料都能够予以较好的满足。在覆盖件的高强度钢轻质材料应用中，图1为典型的汽车覆盖件，结合该图我们能够发现这一零件对表面质量、尺寸和形状精度的要求，显然高强度钢能够较好的应用于汽车覆盖件中，而马氏体钢、热冲压成形用钢以及Q&P钢等高强度钢是这一汽车覆盖件材料的较好选择。除了汽车覆盖件，内部结构件、安全类结构件、底盘结构件、车厢零件、车架零件等都能够较好的应用高强度钢这一轻质材料，而这一应用对于汽车本身轻量化的实现也有着较为积极的意义。

4 应用中存在的问题

下面我们详细的介绍一下高强度钢自身特有的力学性能和冶金特点，并且研究其在加工制造过程中存在一些问题。

首先，目前我们广泛使用的高强度钢的荷载比要比传统的低强度钢的大，这样能够满足一些汽车零部件对于自身强度大的设计要求。并且在进行相同的制作工艺中，我们还能够清楚的感觉到高强度钢自身的断面质量较差，容易产生局部的裂纹。通过详细的研究发现，这些裂纹断面的产生原因主要是因为在进行剪切时造成的开裂，还有就是因为剪切工艺自身存在的问题也能够导致局部的裂纹出现，综上原因发现，是这两种因素的综合结果导致的。因此，对于高强度钢的剪切质量的保证需要我们大力发展剪切工艺技术水平。其次，还因为高强度钢的自身可塑性较差，容易受到冲压产生开裂，这就需要我们在进行冲压时主要材料的自身纤维的方向，并且在进行冲压时尽量减少操作失误。此外，由于高强度钢的自身强度较强，除了在进行应用过程中存在开裂现象以外，还存在着模具的磨损严重以及回弹性较大的缺陷，这些问题严重的制约着高强度钢在汽车制造领域的广泛应用，这也对我们的施工工艺的提升提出了更高的要求。

5 结语

想要实现汽车的轻量化，轻质材料的应用就显得较为重要。对于汽车行业来说，虽然铝与塑料在汽车制造中所占的比重不断提高，但钢铁仍旧是汽车制造的主要材料，这就使得钢铁的轻质材料化能够较好的满足汽车的轻量化需求。