汽車鋼板生產(productionofautomobilesteelsheet)

汽車鋼板是指用于沖壓成形覆蓋汽車發動機和底部、構成駕駛室和車身等表面及內部零件的薄鋼板。汽車鋼板的發展經歷了三代產品。第一代產品為沸騰鋼板，它有較弱的{111)織構和幾乎與其相當的其他織構，其塑性應變比r值不高(r=1．0～1．2)；固溶氮含量較高，有明顯的應變時效。第二代產品為鋁鎮靜鋼板，通過對A1N的固溶和析出的控制，鋁鎮靜鋼板有強的{111)織構，r值為1．4～1．8，深沖性能良好，鋼中的氮被固定成AlN，在罩式退火中絕大部分碳析出成Fe₃C，經平整后其性能穩定。迄今為止，汽車鋼板的許多品種都是以鋁鎮靜鋼為基礎發展而來的。第三代產品為無間隙原子鋼板(簡稱IF鋼板)，它具有極為優良的成形性能、高r值(r>2)、高硬化指數(n>0．25)、高伸長率(>50％)、非時效性(AI=O)、低屈服點σs和屈強比σs／σb，因此亦稱之為超深沖鋼板。第一代產品現已很少使用.

汽車鋼板的變革以滿足社會對汽車的需求為基本原動力。現代汽車的發展趨勢可概括為減重節能、防腐防害、舒適安全、性能多樣、美觀耐用。相應于此，汽車鋼板則朝著高品質、多功能的方向發展，其顯著特點是：以減重、節能、節省原材料為目的的低合金高強度鋼板廣泛使用；以防腐為目的，大量開發、使用具有不同功能的單面或雙面表面處理鋼板；以完全減振、安全吸音為主要目的，開發、使用減振消音鋼板和輕質層壓鋼板.

汽車鋼板的主要品種和用途汽車鋼板的品種很多，常根據鋼的脫氧方式、鋼種、強度和沖壓級別等綜合因素劃分成深沖鋼板、超深沖鋼板、高強度鋼板、表面處理鋼板和復合鋼板等5類。每一類中都有具有代表性的鋼板品種.

深沖鋼板包括用沸騰鋼制造的普通沖壓和強度級別的鋼板，以及用鋁鎮靜鋼制造的深沖壓級別鋼板.

超深沖鋼板(IF鋼板)是在超低碳鋼中加入一定量的鈦、鈮，使鋼中碳、氮原子完全被固定成碳、氮化合物，而鋼中無間隙原子存在。該鋼種最顯著的特征是超低碳，一般C<0．005％.

IF鋼板幾乎可以滿足對汽車用鋼板提出的各種性能要求，如深沖性、高強度、防腐性、抗沖擊性等，主要用于制造汽車覆蓋件中難成形或極難成形件。IF鋼板的發展趨勢是生產成本經濟化和產品品種系列化，其系列產品包括深沖高強IF鋼板、深沖及超深沖熱鍍鋅IF鋼板、新型超深沖IF鋼板、深沖及超深沖高強烘烤硬化(BH)鋼板等.

高強度鋼板高強度鋼板的屈服點比一般鋁鎮靜鋼板高50％～100％，能夠滿足汽車的減重節能要求。汽車覆蓋件采用高強度鋼板制造，可將板厚由1．0～1．3mm減薄到0．7～0．8mm，從而減輕車身重量15％～20％，節油8％～15％，同時抗沖擊能力提高20％，抗扭曲能力提高10％～20％。因而，高強度鋼板在汽車工業中的使用比重逐年增長.

根據用途和板厚情況，高強度鋼板可以在熱軋、冷軋和退火狀態下使用，廣泛使用的高強度鋼板品種有含磷鋼板、高強度低合金鋼板、烘烤硬化鋼板、雙相鋼板等.

(1)含磷鋼板。通過加磷，鐵素體得以固溶強化，含磷量為0．1％的鋼板，其屈服點和抗拉強度能夠達到250MPa和450MPa，經過罩式爐退火的含磷鋼板具有高r值和良好成形性能。含磷鋼板生產成本低，對生產條件要求不高，可用于制造汽車的門、蓋、罩、護板等零件.

(2)高強度低合金鋼板。添加適量的合金元素和經合適的軋制工藝來細化晶粒及獲得碳、氮化物析出。這兩種強化效應的結合，可使鋼板的強度達到700MPa。這類鋼板的缺點是，隨著強度增加，延展性和成形性有所下降。高強度低合金鋼板主要用于制造形狀不太復雜，對成形性能要求不太高的一類汽車覆蓋件.

采用微合金化手段和控軋控冷技術相結合能夠生產出具有優良綜合性能的微合金特殊深沖鋼板和微合金高強度鋼板，這是高強度低合金鋼板中發展潛力極大的一類。這類鋼板的熱軋板能夠達到普通冷軋板的性能水平，其冷軋板則朝著超高強度或高強度超深沖方向發展.

(3)雙相鋼板。顯微結構由80％～90％的多晶鐵素體和10％～20％的馬氏體組成的鋼板。這種鋼板具有優良的成形性能，由于它的低屈強比和高硬化能力，零件生產時的成形負荷低，成形后的強度高，因此形狀固定性和抗沖擊性能極好。雙相鋼板生產成本比較高，只在一些有特殊要求的汽車覆蓋件生產中使用.

(4)烘烤硬化(BH)鋼板。這種鋼板在交貨狀態下具有良好的成形性能和低的屈服點，在其成形為制件和涂漆之后的低溫烘烤過程中，鋼板強度明顯提高約40～80MPa，所增加的強度提高了制件在使用狀態下的剛度和抗沖擊性能。對于形狀較為平坦的一類汽車覆蓋件來說，用烘烤硬化鋼板來制造更為適宜。

烘烤過程中鋼板強度的提高值稱為烘烤硬化性，也叫BH性。BH性的大小取決于鋼板組織控制，其中固溶碳、氮數量起決定性作用，固溶碳、氮數量越多，BH性越大。為保證常溫下一定時間內無時效，BH值的上限一般為60～70MPa，固溶碳數量為10～15×10一。

鋁鎮靜高強度BH鋼板有較高的強度，良好的成形性(r>1．7，n=0．23)，高抗沖擊性等，缺點為塑性較差，有一定的常溫時效性。BH鋼板的發展方向為超深沖高強度BH鋼板，與鋁鎮靜高強度BH鋼板相比，其成形性更好(r≥2．0)，塑性更高(a≥43％)。

表面處理鋼板為提高汽車車體抗腐蝕能而發展起來的鋼板，其使用量已達到所需鋼板總量的三分之二。根據涂鍍層結構不同，可將表面處理鋼板分為：純鋅鍍層鋼板；鋅合金鍍層鋼板，有機復合材料鍍層鋼板。

純鋅鍍層鋼板利用鋅的犧牲保護作用，有熱浸鍍鋅鋼板和電鍍鋅鋼板兩種，鍍層厚度10～15btm，可以生產單面、雙面及差厚鍍層等不同品種，其強度和深沖級別多種多樣。

鋅合金鍍層鋼板的防腐蝕能力更強，這是由于鋅和其他金屬的合金化使鋅的腐蝕電位提高，漆膜下方金屬鍍層耐堿性能的提高抑制了鋅的溶解。這種鍍層鋼板有兩類：Zn—Fe和Zn—Ni合金鍍層鋼板。前者利用傳統的熱浸鍍鋅工藝在鋼板表面鍍5～10btm的鋅層，然后再加熱使鋼基中的鐵擴散到鍍層中以形成Zn—Fe合金；但其表面粗糙度大、涂漆及成形性能差。為此又開發了Fe—Zn合金(含鐵量較高)鍍層鋼板和zn—Fe合金層外再鍍Fe—Pb合金鍍層鋼板。Zn—Ni合金鍍層鋼板則是將Zn—Ni合金(10％～18％Ni)電解沉淀到鋼板表面以形成3～5gin厚度的鍍層，其涂漆防腐性能和成形性能都好。

有機復合材料鍍層鋼板是在Zn—Ni合金層外有一層很薄的有機涂層，具有Zn—Ni合金鍍層鋼板的優點，能有效防止涂漆不良制件的穿孔腐蝕。

圍繞提高表面處理鋼板的涂敷性、焊接性和成形性，還生產具有特殊性能、適用于特殊目的表面處理鋼板，如織紋涂層板、特硬涂層板、印刷涂層板、具有烘烤硬化性的有機復合涂層板等。

復合鋼板包括減振消音鋼板和輕質層壓鋼板。減振復合鋼板是在兩層0．2mm厚的鋼板中問夾有0．4～0．8mm的粘彈性樹脂，其減振性能隨溫度變化，具有很高的阻尼特性，顯示了超越其他鋼板的特有功能。這種鋼板具有良好的加工和焊接性能，在烘烤處理后仍保持其減振性能。輕質層壓鋼板是在兩片高強度和剛度之間夾一層低密度的塑性層組合成的塑料鋼板復合材料，能達到強度與剛度、減薄與增厚的綜合要求。

汽車鋼板主要用途是通過沖壓成形制成各種制件。汽車鋼板沖壓成形的制件分為3類：(1)覆蓋件，其質量應滿足汽車外型的美觀要求，所用鋼板要有優良的成形性能和耐腐蝕性能；(2)結構件，如底盤、車身骨架等，應滿足較高的強度和剛度要求；(3)一般制件，視其形狀和部位不同，對所用鋼板的性能要求不一致。覆蓋件多用冷軋鋼板制造，結構件多用強度較高的熱軋鋼板制造。

汽車鋼板的質量要求和評定對汽車鋼板的質量要求除常規的結構性能和經濟性之外，還包括如下的特定品質要求：(1)優良的成形性能，能夠承受各種應變狀態下的沖壓成形而不發生破裂或起皺；(2)足夠的結構強度、剛度和韌性以保證良好的抗凹坑性，避免在制造和使用過程中產生凹陷，特別是在突發沖撞事故中能最大限度地吸收能量，保證人身安全；(3)良好的耐腐蝕性能，包括耐大氣腐蝕、鹽水腐蝕、穿孔腐蝕等的能力；(4)良好的焊接性能，保證制件有效的連接及焊點與焊點周邊區域的強度和性能不發生大的改變；(5)優良的涂敷性能和表面質量，以保證對汽車的外觀要求；(6)良好的尺寸精度及性能的均勻性；(7)具有良好的消音、減震效果。

汽車鋼板是經沖壓成形后使用的，因此，成形性能指標是其最基本的質量評定指標，主要從基本成形性能指標(屈服點、抗拉強度、塑性應變比和應變硬化指數等)和模擬成形性能指標(極限拉延比、錐杯值、擴孔率等)兩方面進行評定，有相應的標準和規范供遵循。

針對汽車鋼板的特殊質量要求，建立或開發了與之對應的評定方法，如抗凹陷性試驗、腐蝕試驗、焊接試驗、鍍層抗粉化性試驗等，這類試驗方法大多沒有建立起標準或規范，使用時須注意條件和要求。

生產工藝汽車鋼板生產過程分為冶煉一連鑄一熱軋一酸洗一冷軋一退火6個階段。

(1)冶煉。采用鐵水預脫硫、氧氣底吹或頂底復合吹煉、真空脫氣、爐外精煉等技術以嚴格控制鋼的化學成分，提高鋼的純凈度；同時輔之以表面缺陷預防技術和夾雜物形態控制技術以減少夾雜物。超深沖汽車鋼板用鋼鋼中雜質元素一般控制在很低的水平：c≤O．005％，N≤0.003％，O≤0．002％，S≤0.01％，Mn60≤0．2％，Si≤0．03％，P≤0．01%，A1S≤0．06％。

微合金化技術是生產具有優異的強度、塑性等綜合性能汽車鋼板的有效手段，汽車鋼板中常用的微合金化元素為鈮、鈦、釩、硼等。

(2)熱軋。采用連鑄連軋、控制軋制和控制冷卻技術，根據最終產品的性能目標，對熱軋板材的組織和析出物進行有效控制；實施織構預處理，為汽車板冷軋階段獲得高r值創造良好條件。

終軋溫度和卷取溫度是對汽車板性能影響顯著的兩個工藝參數。冷軋后采用罩式退火工藝時，熱軋階段應使終軋溫度高，卷取溫度低，目的是使A1N在后續分批退火緩慢加熱中的某個適當范圍內析出，以促進有利織構的形成及抑制不利織構。冷軋后采用連續退火工藝時，熱軋階段則要求終軋溫度高，卷取溫度高，以提高連續退火板材的r值，并有增大晶粒使板材軟化的效果。

(3)冷軋。一般在冷連軋機上完成，主要是對不同材質的冷軋壓下率嚴格控制，以獲得高r值，深沖汽車鋼板的冷軋壓下率為75％左右，超深沖汽車鋼板的冷軋壓下率不小于75％，甚至可達90％。

冷軋中廣泛使用計算機在線控制厚度、寬度、板形等技術，輔之以全自動性能檢測、監控系統，生產出的汽車鋼板精度高、板形好、性能均勻穩定。

冷軋生產線正朝著連續化程度更高的方向發展，無頭軋制冷軋機組、酸洗一冷軋聯合機組、酸洗一冷軋一連續退火的全連續機組已投入實用，大大提高了汽車板的生產效率和質量。

(4)退火。分為分批緊卷退火、分批松卷退火(見罩式退火)和連續退火三種方法。

前兩種方法一般在罩式退火爐內完成，是傳統的生產方法，其最新發展是全氫罩式退火技術，以性能優越的氫氣作為爐內保護氣體，可改善循環過程的熱交換，加快板卷的加熱及冷卻速度；與普通罩式爐相比，能提高產量100％，所處理的板材表面更為清潔。

連續退火機組具有質量高、板形好、表面清潔、性能均勻的特點，特別適宜于生產優質汽車鋼板。連續退火技術的關鍵為：(1)嚴格控制鋼的化學成分(C<0．04％～0．05％；Mn=0．15％～0．25％；N=0．0018％～0．004％)；(2)熱軋高溫卷取，一般為700～750℃，比通常方法高100～150℃；(3)要有退火過程的過時效處理(見時效)，生產深沖或超深沖汽車鋼板時，過時效處理是將帶鋼分別加熱到750℃和850℃均熱40～60s，然后冷卻到400℃左右，保溫30s或更長時間。