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新日铁住金汽车用钢技术研发现状

发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com 更新时间：2015-05-14

新日铁住金是日本大型钢铁公司之一，也是亚洲地区汽车用钢最具竞争力的企业，其汽车用镀锌板和高性能车用钢材相关技术在世界上处于先进水平。

新日铁住金是日本大型钢铁公司之一，也是亚洲地区汽车用钢最具竞争力的企业，其汽车用镀锌板和高性能车用钢材相关技术在世界上处于先进水平。新日铁住金高度关注汽车工业的发展趋势，近年来在汽车用钢的工艺、材料、涂层、解决方案等方面进行了多项技术创新，在汽车的轻量化、电气化、节能、安全性、舒适性等方面发挥了重要作用。

工艺创新瞄准安全与轻量化

近年来，在汽车用钢的工艺技术研发中，新日铁住金主要的技术创新包括热压成型技术、三维热弯淬火(3DQ)量产加工技术等。

热压成型技术。新日铁住金开发的热压成型技术，通过材料技术和利用技术的结合，保证了部件淬火硬度的稳定性，实现了热压成型钢板的稳定生产。以往的汽车用钢成型技术是将高强钢板进行冷冲压加工，使用的钢板强度级别越高，塑性变形越大，容易引起钢板尺寸精度不良等诸多问题。新日铁住金开发出汽车用高强钢热压成型技术，有效解决了这些问题，而且运用这项技术，可生产出强度级别更高的汽车部件。

新日铁住金开发的热压成型技术具体为：将钢板加热到900℃左右，使之在软质化状态下进行淬火处理，同时，利用模具与钢板间的接触冷却，强化淬火效果，可满足1500MPa级的强度要求，实现良好的尺寸精度。利用冲压模具进行冲压并冷却淬火时，由于模具内部件的各个部位不一定是均匀冷却，热压成型部件容易出现硬度不均现象，新日铁住金开发了多种处理技术来解决这个问题。

三维热弯淬火(3DQ）量产加工技术。新日铁住金开发的三维热弯淬火技术（3DQ，3 Dimensional Hot Bending and Quench)集合了材料开发技术、各种断面形状的钢管制造技术、二次加工技术等各项技术，是一种划时代的技术创新。三维热弯淬火处理技术是对各种形状的钢管进行加热，并用冷却水有顺序淬火的连续工艺。通过使用这种技术，钢管可以实现抗拉强度在1500MPa以上的水平。采用这项技术制造汽车零部件，将显著降低车辆的重量，并提高汽车碰撞安全性。

一般而言，使用高张力钢板制造汽车部件能够使部件更薄且确保相同的强度，可大幅减轻车身重量。但若单纯减薄，刚性就会下降，导致行驶时车身振动变大，还会对方向盘操纵带来不良影响。因此，新日铁住金开发部门将着眼点放在了确保刚性的钢管提高强度，将经过高频加热处理软化的钢管高速且高精度地加工成复杂的三维形状，然后进行水冷处理，再采用可将强度提高至1500MPa级的3DQ技术进行加工，并设计了部件的最佳截面形状、板厚和形状，由此开发出了轻量、坚固且刚性高的横梁支架，以及稳定制造横梁支架的工艺。该技术首次用在了马自达的MVP“普力马(PREMACY)”上，利用3DQ技术加工的1500MPa级超高强度方形钢管具体用在第三排坐席下部的横梁支架上，该部件在确保与原来同等刚性和强度的同时，减轻了约50%的重量。

利用3DQ技术可制造出强度为1.5GPa的封闭断面部件，取得30%~50%的轻量化效果，并能大幅度提高车辆的冲撞安全性。另外，3DQ技术在成型时不需要使用模具，因此还可减少设备投资。

材料创新提高强度减重延寿

近年来，在汽车用钢材料研发中，新日铁住金主要的技术创新包括汽车排气管用钢-YUS450-MS的开发、成型性能良好的超高强钢-1.2GPa镀锌高张力钢板的开发等。

汽车排气管用钢-YUS450-MS。新日铁住金开发的排气管材料YUS450-MS，特点在于Nb-Ti的混合添加，由此可以提高高温特性，尤其是可以提高热疲劳特性。为了使该材料能够在高达950℃温度下使用，新日铁住金添加了Nb、Mo、W和Ti等元素来提高屈服强度。同时，使用该材料还可使汽车自重显著减轻。

成型性能良好的超高强钢-1.2GPa镀锌高张力钢板。新日铁住金开发的拉伸强度为1.2GPa级、经过合金化熔融镀锌处理的高张力钢板，与普通冷轧钢板相比，其开发需要镀锌退火生产工艺，生产难度较大，其最大强度通常限定在980MPa，被率先应用于铃木新款轻型车“Spacia”的主要骨架部件上，是日本汽车厂商首次采用1.2GPa镀锌高张力钢板。

新日铁住金开发的1.2GPa镀锌高张力钢板时，考虑到镀锌因素而调整了成分，并提高了制造工艺，最终实现了兼顾强度和成型性的微细金属组织。这种钢板能够实现包括防锈性能在内的汽车骨架部件所需要的性能指标，因此，还可用于地板侧梁以外的其他骨架部件。

涂层创新更节能环保

近年来，在汽车用钢涂层研发中，新日铁住金主要的技术创新包括ECOKOTE-S热镀锡一锌合金板、SuperDyma热镀锌一铝一镁一硅合金钢板的开发等。

ECOKOTE-S热镀锡-锌合金板。ECOKOTE-S热镀锡-锌合金板是新日铁住金开发出的汽车燃料箱用钢乏，其典型皮膜结构分为：无铬酸盐处理特殊皮膜、Sn-Zn合金层、预处理层、基体等。其主要特点如下：一是与以往的燃料箱金属材料相比，具备更高的耐蚀性；二是对于生物质燃料等也具备优异的耐蚀性；三是符合碳氢化合物透过限制规定，无环境负荷物质；四是优异的再生利用性。

SuperDyma热镀锌一铝一镁一硅合金钢板。SuperDyma是新日铁住金开发出的热镀锌一铝一镁一硅合金钢板，它的表面镀层成分主要是锌、约11%的铝、约%的镁和微量的硅合金，其典型皮膜结构分为无铬酸盐处理特殊皮膜、Zn-Al-Mg-Si合金层、基体等。其主要特点包括：一是与热镀锌钢板相比，具有较高的耐蚀性，而且具有端面防蚀性；二是具备耐碱性，可与砂浆、混凝土接触：三是可替代对氯较弱的不锈钢、对碱较弱的铝；四是可选择与铬酸盐处理同等性能的无铬酸盐处理钢板。

解决方案创新注重整体效果

新日铁住金注重向用户提供包括产品以及与产品相三套的应用技术在内的整体解决方案，在汽车用钢领域通过与汽车行业用户的合作，开发出了一系列汽车用高强钢及相应的成型技术、焊接技术和汽车性能评价技术，形成了汽车用钢整体解决方案。

成型性计算机辅助工程(CAE)技术。利用CAE技术对各种塑性加工工艺进行研究，可以减少汽车制造工艺最佳化所需要实验的次数，缩短开发周期，减少模具的修正次数，因此具有显著的经济意义。在利用CAE进行研究时，最重要的是建立各个不同材料的数学模型和运用FEM进行分析。

通过将表示变形模式的成型极限曲线(FLD)与FEM解析得到的应变进行比较，可以对冲压成型裂纹进行判断。但是，当冲压成型的变形路径发生变化时，不能直接应用比例负荷时的FLD。针对这个问题，新日铁住金提出了应力FLD方法，利用应力FLD，即使变形路径发生变化也可以用同一个FLD对冲压裂纹进行判断。利用应力FLD方法不仅可以对冲压成型时的破断进行预测，而且可以对冲撞时的破断进行预测。

在高强度钢板的应用中，提高部件形，状的稳定性非常重要，新日铁住金已开发出各种提高部件形状稳定性的成型技术。新日铁住金在利用CAE技术进行汽车冲撞特性的评价中，根据对各种车体用钢的高速变形特性，对部件的压溃特性进行解析，提出材料的最佳配置和最佳形状方案。实际车体冲撞时，点焊区的破断对冲撞能量的吸收会产生影响，而点焊区的破断受到钢板材质、板厚、焊接条件、部件形状等多个因素的影响。

新日铁住金还开发出利用应力集中系数描述点焊破断现象的方法，在该方法中的应力集中系数考虑了焊核周围的变形拘束情况，显著提高了解析精度。

冲击性能评价模型。落锤试验是一种冲击试验方法，重锤从不同高度落到试样上，利用落下高度与试样破坏率的关系等不同衡量指标来表示试样的抗冲击能力。

新日铁住金拥有日本国内最大的落锤试验机，在进行车体落锤实验时，可通过对车体下落时的冲击速度、冲击力的控制，得到正确的实验数据，并基于这些数据开发出汽车车身强度、冲击能量吸收的解析数据模型。这些数据模型对满足汽车安全性、轻量化的未来汽车设计贡献很大。

新日铁住金在冲击性能评价实验的数据基础上，开发出能够吸收冲击能量的一种缓冲装置，将其装在汽车车身上，已被实际应用。

点焊焊接部位断裂预测软件（NSafe-SPOT）。汽车撞击时，点焊部位断裂有可能引起车体损伤、司乘人员受伤等一系列问题，因此对汽车点焊部位断裂预测十分重要。新日铁住金结合已开发的冲撞解析用软件(LS-DYNA，PAM-CRASH)，开发了可预测点焊部位断裂情况的软件-NSafe-SPOT。NSafe-SPOT的主要特点是利用应力集中的原理，可对多种模式的断裂进行高精度预测。

弯曲成型技术。新日铁住金开发了能够将复杂断面结构弯曲加工成型技术，减少了以往繁琐的焊接环节，改善了形状精度，减少了焊接工序，可实现复杂零部件的焊接。

新日铁住金开发的弯曲成型技术，是通过液压成型法来实现的。钢板经过轧制，长度延伸而厚度变薄，体积不变。基于这个原理，弯曲成型技术是将置于模具内的钢管进行水压通胀延伸的同时，管壁变薄，在钢管长度方向上压缩成型的技术。该技术在有效利用钢管的强度特性实现薄壁化的同时，使多个零部件的接合部件成为一体，这样就省略了接合端部的法兰盘等，实现了轻量化和零部件数量减少、节省工艺的过程。这项技术的实用化，给车身的框架材料、排气系统的零部件等带来很大变化，实现了汽车复杂零部件焊接技术的进步。

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