为什么现在热成型钢成为汽车设计师的 “热门” 材料之选

快速了解热成型汽车钢的当前趋势和 PHS 2000 钢的开发。

我们采访了 SSAB 的两位热成型钢专家 , 以了解:

  • 汽车制造商现在将 1800MPa 和 2000MPa 热成型硼钢用在他们汽车车身的哪些地方。
  • 当前 PHS 钢生产技术提供的设计自由度很大 , 包括给构件提供所谓的 "软区" 。
  • 热冲压的优势 ( 例如 , 更好的形状精度、复杂的零件几何形状 ) 和缺点 ( 成本高、耗能、生产速度慢 ) 。
  • Docol® 2000 PHS 钢的开发故事。
  • 超高强度钢的比较: PHS 钢 与马氏体钢。

Jenny Fritz
Jenny Fritz 是 SSAB 冷轧带钢产品开发经理。
Kenneth Olsson
Kenneth Olsson 是具有 40 年钢铁行业经验的资深专家 , 在 SSAB 担任过许多职务。

关于 1900MPa 热成型钢的新 VDA 标准 , 您可以告诉我们什么?

它是一个全新的标准 , 但汽车制造商已经利用它来制定自己的标准。 新 PHS 牌号的 VDA 名称是 CR1900T-MB-DS, 对应于 SSAB 牌号 Docol® PHS 2000, 其拉伸强度高达两千兆帕 , 即 2000MPa 。

这是目前可用的最坚固的钢 — 汽车设计师将它用在哪些方面?

有许多不同的可能应用,但排在首位的是保护电动汽车的电池包,那里不允许有挤压变形 — 这对于侧面碰撞测试尤其具有挑战性。 因此,汽车制造商将在安全构件中使用 PHS 2000MPa 钢,例如用于前地板上门槛板之间的横梁,以保护电动汽车电池。

您认为新的 Docol®PHS 2000MPa 还可以用于传统上一直使用 PHS 1500MPa 的其他应用吗?

嗯,是的。PHS 2000 和 PHS 1800 不仅仅适用于电动汽车(EV):它也适用于内燃机 ( ICE) 汽车。 它可以用于设计师需要用钢实现最大强度或通过使用更薄的料厚减轻重量的任何地方。

热成型硼钢的典型汽车应用是汽车的 A 柱和 B 柱。 但是 PHS 钢还用于车顶纵梁、侧围构件、顶盖和仪表板横梁 , 以及车门、挡风玻璃支柱和地板的加强件。 您将注意到 , 这些热冲压件的当前设计通常具有高度复杂的几何形状 , 而这正是 PHS 钢的突出优势所在。

使用热成型钢的另一个优点是单个零件可能具有不同的强度水平 — 因此零件在碰撞时的表现不同 , 对吗?

对。 热冲压模具可以进行分段淬火。 例如 , 要创建一个 PHS 钢的 " 软区 ", 您就不会淬火整个零件。 零件被遮盖的、未淬火的部分具有较低的强度 , 因此可以在碰撞期间吸收高能量。 零件的淬火部分具有较高的抗拉强度 , 可承受很高的力。 PHS 钢 “软区” 工艺近年来取得了很大发展。 例如 , 为汽车 B 柱下部制作一个软区。

不等厚板是 PHS 钢零件 " 性能分区 " 的另一种方式 , 对吗?

是的。 不等厚板是一种冷轧带钢 , 在整个带钢宽度上具有不同的厚度。 因此,您可以根据您对零件的最终要求以及您希望它有怎样的性能,指定您想要何处更厚以及何处更薄。

不等厚拼焊板可以有更多的变化:您可以将不同厚度的 PHS 带材焊接在一起,甚至可以将 PHS 带钢焊接到非 PHS 带钢上

所有这些选择都让我想起您所称的 PHS 钢的 " 设计自由 度 " 。

想一想:您将硼钢加热到 900°C 并进行冲压。在这个温度下 , 您可以将 PHS 钢高温冲压成非常复杂的形状而且拉深很大。 因此,有了这种设计自由度,汽车设计师就可以在他们设计构件时更具创意。 也许这意味着要利用 PHS 钢的高抗拉强度来设计更轻的零件。 也许可以将多个零件整合成一个零件,减少零件总数。 也许零件在碰撞测试中表现更好。

热冲压零件的成品形状精度更高 , 对吗?

嗯 , 热处理钢的优势是回弹很少或没有回弹 , 反过来说是可以提高形状精度。 先进高强度钢的抗拉强度越来越高 , 回弹量可能会越来越大 , 这一观念在许多人心中根深蒂固。

但另一方面 , 我们比以往任何时候都更明白可以更好地预测和控制冷成型汽车零部件的回弹 , 即使使用千兆帕钢也是如此。

当然 , 这很大程度上取决于您的零件设计:设想您与其必须为使用 PHS 钢支付更多费用以避免回弹 , 不如在设计概念过程中及早与您的先进高强度钢供应商商谈。 许多设计概念 ( 经过稍微修改和正确的生产工艺步骤 ) 都可以成功地通过冷成型实现 , 并获得极佳的成品形状精度。


Docol® PHS 2000 钢因其最初是为一位客户开发的而很不寻常 , 对吧?

是的。 我们始终与客户密切合作。 但在这个案例中 , 客户 Gestamp 向我们提出非常具体的要求: " 你们是否可以开发一种热成型钢 , 强度为 2000 兆帕 , 但具有 22MnB5 的延展度 (1500MPa 拉伸强度 )? 我们想用它制造更轻的保险杠横梁。” 我们看到 2000 MPa 钢对于其他安全构件的价值 , 所以我们同意了。

开发热冲压钢有其独特的挑战性, 对吗?

是的。 如您所知 , 使用热成型钢 , 制造商通过对其进行加热、成形和淬火 , 可以得到钢材的最终机械性能。 其中有许多不同的因素在发挥作用: 钢板在加热炉中的时长以及温度为多少? 他们在模具中使用什么冷却介质? 模具和材料之间的接触压力是多少?

所有这些汽车制造商和一级供应商的热冲压工艺都是专有的 — 他们都有自己独特的工艺来加工 PHS 钢。 Gestamp 甚至不会与我们分享他们的热冲压信息!( 大笑 ), 但我们必须制造一种适用于多家汽车制造商的 PHS 2000 钢。 所以 , 这相当具有挑战性。

为了使 PHS 2000 达到所需的延展性 , SSAB 专注于钢铁的化学成分及钢厂的加工系统。 并且为客户推荐炉温和冷却速率 — 形成钢材的马氏体微观结构所需的最低冷却速率 , 从而达到其最终的拉伸强度。

Gestamp 做了哪些?

他们使用自己的热成型模具测试我们的材料。 当我们对 PHS 2000 钢进行迭代开发时 , 他们的反馈和测试非常有价值。 与他们密切合作的确加快了我们彼此的学习和成长。

那成果如何?

Gestamp PHS 2000 钢制保险杠的重量减轻了 17%, 但仍然具有成本效益。 因此 , 对 Gestamp 和 SSAB 来说都是一个双赢的结果。
Gestamp 保险杠加强件

超高强度钢的比较

  热成型钢 (PHS) 马氏体钢 (MS)
零件成形工艺 热冲压 冷成型
最高拉伸强度 2000 MPa 1700 Mpa
复杂零件
( 如深冲等 ) 的设计自由度
非常高:在 900°C 时 , 零件很容易
成形为设计的复杂形状
对于
冷成形技术 , 复杂的设计可能需要进行修改
回弹 大幅减少或消除 需要预测和控制
成品形状精度 非常好 在回弹得到
适当控制时表现出色
模具 昂贵得多 较为便宜
生产时间 慢得多 很快
成形时所需能源 / CO2 排放
非常高 较低
零件总成本 较高 较低
使用率 (在车身材料中的占比 % ) 持续增长 持续增长

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