劉成
為滿足人們日益增長的美好生活需要，燃油效率和排放相關法規要求日趨嚴格，而汽車的二氧化碳排放量與其重量成正比，因此，減輕汽車重量成為實現碳減排的一大關鍵。即使是對相對綠色環保的電動汽車來說，由于需要安裝100千克~200千克重的電池，推動車身輕量化，也有助于其進一步提高燃油效率，延長續航里程。由于汽車60%以上的重量是鋼制零件的重量，推廣使用高強度鋼可以有效減輕汽車重量。近10年來，抗拉強度超過980兆帕級的高強度鋼應用不斷取得突破，本文將以日本JFE鋼鐵為例，介紹汽車輕量化、高強度鋼的研發進展。
不同年份和用途的汽車用鋼強度變化
圖1展示了汽車部件用鋼的抗拉強度。圖1中的灰色區域表示2007年汽車部件用鋼的抗拉強度，深色區域表示近10年汽車部件用鋼的抗拉強度。此前汽車外板多使用抗拉強度為340兆帕的鋼板，但目前已呈現出使用440兆帕級鋼板的傾向。由于在汽車外板制造中使用的440兆帕級鋼板厚度僅為0.6毫米，如何保持足夠的剛度和抗凹陷性能是一大關鍵。
目前汽車吸能部件多使用有良好加工硬化性能的440兆帕級~780兆帕級鋼板，后期將傾向于采用抗拉強度超過780兆帕的高強度鋼板。
對于保護車廂內乘客的支柱、搖臂和其他部件來說，目前多使用590兆帕級~1180兆帕級的高強度鋼板。這樣的話，即使是在較大的碰撞載荷下，也能有效防止變形。另外，目前通過熱沖壓成型工藝生產的高強度汽車部件數量也在增加。熱沖壓成型工藝通過將鋼板加熱到950攝氏度左右并用模具進行淬火來獲得熱沖壓成型高強鋼。汽車保險杠和防撞梁早期使用高強度鋼板，現已開始使用熱沖壓成型高強鋼。
與冷沖壓成型工藝相比，熱沖壓成型工藝具有明顯優勢，不僅可以得到超高強度的汽車部件，而且成型性相對較好，部件表面硬度、抗凹性和剛度好。不過，熱沖壓成型工藝也存在一些缺點，比如，生產節奏相對較慢、制造成本較高、受形狀限制等。電阻點焊過程中的液態金屬所致脆化（LME）、延遲斷裂和模具壽命較短是這兩種工藝共同存在的問題。
JFE汽車用高強度鋼的輕量化和高韌性
多年來，JFE鋼鐵積極推進各種高強度鋼板的技術開發、優化和應用。本文將對JFE鋼鐵開發出的汽車面板用高強度冷軋鋼和鍍鋅鋼（440BH）、結構件用冷軋鋼板和可改善成型性的表面處理技術進行介紹。
汽車面板用高強度冷軋鋼和鍍鋅鋼（440BH）
圖2顯示了用于汽車面板的BH（烘烤硬化）鋼在生產過程中屈服強度的變化。這些鋼板因沖壓成型而表現出加工硬化，同時由于涂料烘烤的熱量而時效硬化。在壓制成型中，可通過降低屈服強度獲得優異的表面質量。與常規340BH和普通440W鋼板相比，440BH的屈服強度低于440W，與340BH大致相同；經烘烤處理后的440BH屈服強度高于340BH，接近440W。考慮到抗凹陷性與厚度的1/2次方成正比，使用440BH鋼代替340BH鋼，可使厚度減小0.05毫米。440BH鋼的低屈服強度歸因于鐵素體基體中的馬氏體含量少。
然而，使用高強度鋼并不一定能提高剛度，因為剛度僅由板厚和楊氏模量（描述固體材料抵抗形變能力的物理量）決定。因此，JFE鋼鐵開發出一種提高面板剛度的新技術，具備了輕量化高性能面板零件生產能力。
結構件用冷軋鋼板
為防止鋼板出現面內開裂和剪切邊開裂的情況，汽車結構件必須具有較高的成型性。高強度鋼板的這些性能可以用延伸率和擴孔率來表示。延伸率（EL）是當鋼板以凸起形狀（稱為拉伸成型或凸起成型）成型時的可成型性指標。擴孔率（λ）是鋼板剪切邊成型性的一個指標，表示為在沖孔時擴孔到鋼板邊緣產生裂紋時的孔徑增加量。對于這兩個指標來說，數值越高表示成型性越高。
JFE鋼鐵通過精細的微觀結構控制開發出了高成型性鋼板，形成了名為JEFORMATM的產品陣容。其中，1型產品具有比普通鋼板更高的延伸率（EL）和出色的拉伸成型性（深沖）。2型產品比1型產品具有更高的擴孔率（λ）和出色的拉伸凸緣性。3型產品比1型產品具有更高的延伸率，并可進行更深的拉伸。通過開發該系列產品，JFE鋼鐵可實現復雜汽車零件的生產。
改善成型性的表面處理技術
高強度鋼的延伸率不可避免地低于低強度鋼。JFE鋼鐵開發了一種汽車用高潤滑熱浸鍍鋅層（JAZTM），可補償因延伸率低而導致的可成型性降低，減小鋼板與模具間的摩擦阻力，旨在改善低碳鋼的可成型性。目前，該技術已實現廣泛應用，可有效應用于高強度鋼板。
使用了JAZTM的熱鍍鋅鋼板的拉伸程度高于不使用JAZTM的熱鍍鋅鋼板。拉伸程度隨鋼板延伸率的增加而線性增加。
《中國冶金報》（2020年07月31日 02版二版）
