提高汽車安全性——高強度薄鋼板（轉載1）

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提高汽車安全性——高強度薄鋼板

一般鋼鐵材料是根據品種確定規格，用戶按規格選定并配合用途加工而使用材料。然而，汽車用薄（鋼）板按使用部位的不同、分別詳細要求不同的特性，汽車生產廠家提示各部位必要的性能，鋼鐵生產廠家供應能滿足這些性能要求的各種各樣的鋼板。
    汽車車體結構可分為外面板、骨架結構材、底盤（車輪）部構件等類別，現針對其各自的使用環境和要求特性，介紹各種高強度鋼板的開發事例。
% z8 n6 |8 V; H9 n# W) a8 h    1.外面板——與加固材組合而進一步高強度化
    汽車鋼板為了提高成形性向“柔軟度”挑戰，同時為了滿足沖撞安全性、輕量化需求，而進行高強度化開發。由于外面板（以下簡稱外板）要求具有特別良好成形性的“柔軟度”，除原來在烤漆后硬化的BH鋼板以外，在鋼板制造階段將強度抑制在300MPa以下，但最近除開始使用340MPa強度并附加了BH特性的鋼板之外，還在部分構件上使用了沒有BH特性，而強度高達440MPa的鋼板。要求外觀漂亮的面板強度，已超越了原來在其內側設置加固材（骨架結構件）的概念，在部分外板使用了440MPa強度的鋼板，提高了自身強度。從而利用外板和加固材的整體結構，提高了沖撞安全性。
    面板包括汽車駕駛室前部和頂部蓋板、后備箱蓋板、車門、車輪擋板。面板今后的發展方向，一是將外板做得薄而輕，同時用骨架構件確保其強度。二是除采用外板加骨架構件的結構確保強度外，進一步提高外板本身的強度也是可能的。
; z% d6 C1 w3 z( m: n- }    2.骨架結構件——按用途提出多種要求特性
    2.1 控制鋼板強度、改進結構，實現特性最佳化
6 D; ~4 {/ j2 }  S    汽車上的骨架結構件，在發生沖撞時多能起到保護乘員的作用。以嚴格化的安全標準和降低燃耗為背景而期待更高強度化的構件。從上世紀90年代開始，為提高汽車沖撞安全性，就開始進一步提高鋼板的強度，首先是從前方沖撞（前撞）采取對策開始，然后再從側面沖撞（側撞）采取對策，其間還進行了安全標準的嚴格化，設定了偏移沖撞條件，并將沖撞速度高速化、變更偏移比例等。另外，近年還改變了沖撞位置高度、設定不同車種而實施了系列側撞試驗。
    為了提高骨架結構件的安全性，每個部位所要求的強度水平是不同的。例如在汽車車架前梁的最前部配置了沖撞時損壞的400～590MPa級鋼板;而在其支持部位希望不變形，由于追加了更高強度的材料，故以最前部的塑性變形吸收沖撞能量，并防止發動機等侵入乘員空間（駕駛室及車箱內）。并且，這些部件在沖撞時要如設計（預定）那樣變形，這不僅要求各部件鋼材強度的最佳化、斷面合理化，且還須在加固材結構設置方面進行改進。為此，結合材料高速變形特性評價，對變形行為進行了計算機模擬，還進行了實際的高速沖撞損壞試驗，以謀求部件的最佳化。
; {9 t: `3 ~. t! ^" A# ]' g& ]4 V    另一方面，對于側面沖撞，為了阻止車門防護杠和側面部骨架構件向駕駛室內變形，采用了強度達1000～1500MPa的超高強度鋼板，或較厚鋼板與復合鋼板重疊結構。在這些構件上，要求鋼板具有能成形為復雜形狀。在面板的成形中，必須具有良好的深沖加工性能和凸肚成形性能。然而，骨架結構件除要求凸肚成形性之外，在切斷端部進行邊延伸、邊沖孔（擴孔）時，還要求不產生裂紋，這就要求材料具備較好的延伸凸緣成形性（彎曲成形性）和柔軟性，即具有耐局部變形的特性。為了將伴隨鋼材高強度化所導致的成形性劣化降至最低，周密控制鋼板的顯微組織是十分重要的。
    2.2 以顯微組織均勻化提高復雜構件成形性
# X% D0 P  I3 d6 ]/ }    為了提高復雜形狀構件的成形性，新日鐵以復合組織鋼的原理為基礎，利用周密的組織控制來實現材質最佳化。
  Q/ w, q1 k2 V1 H    損害鋼材延伸凸緣成形性和彎曲成形性等局部變形的首要因素是鋼中存在的硬質氧化物（Al2O3等）雜質。調查延伸成形時產生裂紋材料的顯微組織，這樣的雜質引發裂紋（成為裂紋起點）的事例很多。這表明鋼中硬與軟的物質并存，且二者硬度差別大，在二者的邊界上就易成為裂紋源。為了提高鋼材的局部變形能力，在極力除去這些硬性雜質的同時，利用顯微組織的均勻化來抑制硬度的波動也很重要。
    在DP（雙相）鋼上，由于混合了硬度差大的軟組織（F等）和硬組織（M等）的復合組織，同時獲得了高的強度和成形時大的延伸變形。為了在要求強度極高的骨架結構件上，獲得良好的延伸凸緣成形性和彎曲成形性，與DP鋼相反，須將鋼板的顯微組織全都控制為具有中間硬度的均勻B（貝氏體）組織。另外，除局部變形之外，還要求延伸性能時，則應組合上述2種方案而采用硬度差小的復合組織：不僅調整鋼中F、B、M等顯微組織的比率，而且在軟的F中加入其它元素（Mn等），通過固溶強化提高硬度，這樣即可獲得能適應每個構件成形條件的最佳材質（即最佳顯微組織）。
8 @/ z  m8 }+ [  Y) b    現在，新日鐵在保持汽車薄板≥980MPa級高強度的同時，還具有良好延性和延伸凸緣成形性。組合了這些性能的超高強度鋼板，正在謀求實現鋼材使用的菜單化，以滿足每個構件的特性需求。