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汽车用钢研究
双击自动滚屏 发布者:www.sdwfggw.com 发布时间:2018/5/3 阅读:1486次 【字体:

汽车用钢研究

 钢铁作为汽车生产中使用最重要的材料,在汽车行业起着至关重要的作用。可以说,钢铁行业的发展促进了汽车产业的发展和创新,而汽车发展的需求同时也促使钢铁向高质量、高性能方向发展。钢铁企业和汽车行业所使用的汽车用钢产品有许多种,汽车钢可以用几种不同的方式去分类。但从汽车生产商来看,汽车钢的应用更重要。笔者主要以中国第一汽车集团公司(以下简称一汽)为例,讨论一些典型汽车用钢在应用上的要求。
   
    轧材:汽车用钢主力
   
    轧材是汽车用钢中的最重要的种类,可能40%~60%的汽车用钢都是通过轧制成形的钢材,而这里主要想说的是商用车架构钢板。与传统的16MnL相比,具有高强度的新材料的屈服强度增加,但重量减小。另一个问题是黑面钢。我们都知道,大部分做汽车架构所使用的热轧钢板必须进行酸洗,以除掉表面的氧化物涂层,但酸洗的过程中,可能使表面粗糙,且提高工艺成本。在欧洲和日本,一些钢铁制造商将热轧板的表面涂上一层Fe3O4,这类钢受压时表现良好,同时生产成本也较低。国内钢铁企业也在研制和开发,但效果还不理想,我们希望能够得到该产品质量稳定的供货。
   
    弹簧钢:疲劳性能要求高
   
    弹簧钢主要用于悬架弹簧、气门弹簧、稳定杆支撑弹簧和变速箱等。
   
    板簧。板簧主要用于重型车辆的悬架。由于对轻便性、舒适性和可靠性的要求,对板簧的淬透性、工作应力和疲劳寿命都提出了新的挑战。一汽的主要钢材原料有60Si2MnA,55CrMnA和50CrVA。此外,我们还独立开发了一些材料,比如50CrMnSiVNb和50CrMnMoVNb。随着重型汽车的发展,板簧的负载要求逐步增加。一个弹簧片的厚度从13毫米增大到24mm甚至到50mm,因此良好的淬透性是必需的。对此,一汽又开发了一些新的材料,包括50CrMnVA和FAS3550,为轻量化板簧作出了巨大贡献。
   
    盘簧。盘簧被广泛用于轿车和越野车,要求具有良好的抗疲劳性能和抗弹性衰减性能。盘簧材料主要是硅铬系列钢,通常需要热定形。一汽的盘簧有多种材料,如60Si2MnA,50CrVA,50CrMnVA,50CrMnSiVNb和50CrMnMoVNb等。作为稳定杆和变速箱的支撑弹簧,材质有油淬回火弹簧钢丝、低碳钢丝、55CrSi等。其中大部分是由日本和韩国的公司生产,而中国的材料不能满足性能需求。
   
    扭杆弹簧。扭杆弹簧用于一些轻型车辆的悬挂系统,主要要求良好的抗疲劳性能。有两种热处理温度不同的材料用于扭杆弹簧,一种材料是感应淬火的碳钢45钢、40Cr钢;另一种弹簧钢需要淬火和回火,如60Si2MnA、50CrMnVA、50CrMnMoVNb和45CrNiMoVA等。
   
    稳定杆。稳定杆是汽车转弯时使车身保持稳定的装置,形状通常比较复杂。稳定杆分空心和实心两种。中空的稳定杆可以减少30%~40%的重量,已被用于重型车辆,空心稳定杆的典型材料有30CrMoA、35CrMoA和35Mn2等。而60Si2MnA、40CrMnVA、55CrMnA和55CrSiA等常见材料用于实心稳定杆。
   
    硅钢:机械性能是关键
   
    硅钢作为磁导材料,在驱动马达上发挥了显著的作用。它的重量占驱动电机总重量的一半以上,成本是总成本的40%。整个电力驱动马达是由硅钢电磁的性能决定的,驱动马达的稳定性深受硅钢机械性能的影响。
   
    应用于汽车的驱动电动机与其他的驱动电机相比有其自身的特点。首先汽车的驱动电机需要的频率高。在其他行业中,驱动电机的频率通常为60~120Hz,而在汽车行业中驱动电机到1000Hz的频率。第二,因为频率高,汽车驱动马达要在200℃左右的高温下工作,这会影响材料的性能。最后,高工作频率和高转速(约12000RPM)决定了汽车电机必须要有良好的机械性能和疲劳性能。
   
    世界上2/3的硅钢是在中国生产的,而最先进的产品则是由日本新日铁生产的。近年来,中国成为最大的硅钢供应商。但是,现在没有标准的材料和测试技术,成为一汽和整个行业研究和开发的障碍。
   
    我们认为,电机的属性应该受到关注,比如硅钢的磁性、厚度和永久磁特性。其次,我们必须解决在电机制造中的问题,包括成形性、可焊性和硅钢热处理。最后,电机在应用程序中,硅钢的机械性能(特别是抗疲劳性能)、物理参数和绝缘层需要更深入的讨论。到目前为止,一汽已建立了硅钢的一些标准和测试技术,并不断从事着硅钢开发、应用和测试技术的研究。
   
    同时,要共同努力解决以下几个问题。首先,钢铁企业生产用于汽车的电机硅钢应该具有较高的经济效率和可靠性并且环境友好。其次,我们应该制定高温和高频下硅钢的性能测试方法和标准。再其次,希望钢铁公司可以共享设计的汽车电机的数据,或者合作研究。
   
    非调质钢:高强度和延展性
   
    2000年以后,一汽与东北特殊钢集团有限责任公司合作,开发出断裂分离连接杆FAS2271和FAS2237、前轴钢FAS2225、曲轴FAS2239和低成本的非调质钢FAS2241。一汽为前轴还制定了FAS2340计划。
   
    非调质钢的发展趋势是提高强度和延展性。因此,在研究和推广过程中,应注意以下几点:首先,非调质钢的应用对汽车产业和钢铁企业都有利,双方应该联手不断发展和传播这种产品。其次,我们认为应着重开发具有高强度和高延展性的非调质钢。再其次,非调质钢的标准要不断改进。最后,应持续研究低成本的非调质钢。
   
    螺栓:汽车行业用量大
   
    如今,汽车行业是螺栓最大的消费市场,其需求是螺栓全部销量的23.2%。中国螺栓的生产量是全球的25%左右,其中40%用于出口。中国已经成为螺栓最大的生产国和出口国。据统计,一辆汽车或轻型车辆上大约有4000个螺栓,净重50千克,而一个中型或重型车辆上大约有7500个螺栓,重90千克,其中4/5是高强度的螺栓。螺栓的成本占一个车辆的2.5%~3%,是零件总数的40%。
   
    一汽大部分的螺栓是由吉林某紧固件公司提供的,他们使用的材料有一定的标准。比如,ML42CrMo(SCM440)钢用于12.9级螺栓,ML35CrMoZ(SCM435)钢用于10.9级螺栓,ML40Cr钢用于8.8级螺栓。高强度材料用于螺栓的例子,就是中国标准中的ML35CrMo(GB/T6478-2001),在国际标准中被称为34CrMo(ISO863.1)。此外,德国KAMAX公司和日本AoyomaSeisakusho公司也同时生产这种材料。作为发动机部件的高强度螺栓材料通常是进口的,从德国进口的型号通常是27MnB4、23MnB4、32CrB4和32CrMo4(DINEN10263-4);从日本进口的型号通常是SCM435、SCM440(JISG4053),材料主要用于10.9级螺栓硼钢。
   
    2000年后,汽车和机械行业对于高耐压和轻量化的需求促使螺栓强度改善。12.9级螺栓的应用问题在世界各地的许多国家被广泛研究并得以解决。一汽通过实际使用过程中遇到的问题,给钢材供应商提出一些建议。首先,螺栓钢的质量和可靠性有待提高。减少硫、磷元素含量以提高钢铁纯度,能够提高钢的延展性,继而提高螺栓的可靠性和工作寿命。其次,钢铁企业应加强对产品品质的完善,研发耐高温的螺栓。
   
    齿轮钢:测试标准不断建立
   
    在一汽,齿轮钢主要用于发动机、变速箱和车桥。一汽之前使用的是由苏联开发的铬锰钛系列齿轮钢。20世纪90年代引进技术后,先后自主开发了一些新钢种,包括锰铬系列钢、铬钼钢系列钢和铬镍钼系列钢。随着齿轮钢和齿轮加工设备的不断提高,一汽的齿轮钢已经达到了ISO标准中ME强度等级。现在,一汽有22种齿轮钢标准,其中7个通常使用于卡车,它们分别为20CrMnTiH、20CrMoH、22CrMoH、20CrNiMoH、SAE8620H、FAS3220H和FAS3420H。
   
    在开发齿轮钢的过程中,须进行大量实验材料的性能测试,其中6项测试包括绘制CCT曲线和TTT曲线、旋转弯曲疲劳试验、弯曲疲劳试验、热处理后的接触疲劳试验、变形实验和基本特性实验。齿轮钢的质量应由钢材供应商严格控制,包括硬化能力和条带状结构。一汽希望与钢铁企业合作,制定齿轮钢的带状结构标准。(原文作者系一汽集团技术中心材料部部长)



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