我国商用半挂车使得4种高强度钢的应用研发

1、纵梁用微合金化高强度钢

(1)国内研发现状

截至年末,我国商用车厂商最常用的半挂车车架选用钢板强度等级依旧以MPa级为主,应用占比到达了60%~65%。相对载质量利用系数相近的欧美车型,主梁材料早已选择强度等级MPa的钢板,甚至MPa级别的钢板也在某些车型上得到了应用。半挂车纵梁轻量化主要是通过高强度钢材替换原有纵梁材料,以MPa级微合金化高强汽车结构钢替代原MPa级常规钢板,可实现49t满载设计的半挂车车架纵梁质量降低~kg,实现车架质量降低12%~18%,显示了良好的减重效果。为实现半挂车车架的有效减重,国内众多商用车企业开始尝试以MPa级微合金化高强钢来切换原有材料,但在剪切下料和后续焊接时,普遍遇到了板带下料的翘曲变形和焊后强度不足及疲劳失效的问题,这些均需要通过材料成分设计、轧制工艺优化、焊接成形工艺试验以及车架的耐久性分析测试等来解决。

目前,国内钢企已通过在生产中添加微合金元素以及TMCP技术生产出系列MPa级热轧汽车结构用钢。宝钢作为中国钢铁业的龙头企业,早在年就在国内率先研发了热轧新品种BSMC。该钢采用低碳设计,为后续卷曲的析出过程提供条件,最后得到的高强钢具有强度高、韧性佳、冷成形性优良、焊接性好等诸多优点。

近年来,MPa级析出强化高强钢正在商用车大梁上的推广应用证明了成形性、低温冲击韧性和焊接性是衡量热轧汽车结构用钢能否实现梁架制造的重要参量。随着轻量化商用车市场需求的增大,越来越多的商用车制造企业认识到低成本析出强化高强钢在商用车底盘减重方面的重要性。目前,我国在MPa级析出强化高强钢制造领域的技术能力和产品指标均已接近国外水平。

(2)国外研发现状

发达国家在商用重型载货汽车方面,以沃尔沃、戴姆勒和奔驰为例,早已普遍采用屈服强度为MPa级高强度钢作为生产汽车大梁的主要材料,通过材料强度升级替换,达到车身减重的目的。未来屈服强度为、MPa级的汽车大梁钢将成为欧美市场需求的主流,因其不仅有较高的屈服强度,还具有成形性好、韧性好、抗疲劳性能好的优点。

2、桥壳用高强度钢

出于商用车制造向轻量化发展和节能减重的需要,特别是对于支撑车架和后驱动桥,已大量使用热轧钢板制作冲焊桥壳体,取代了制作工艺复杂、生产效率偏低、笨重、成本较高的铸造桥壳体。由于冲压桥壳是由钢板冲压成形半桥壳后,经半桥壳体组焊、桥包组焊、轴头组焊后形成车桥外壳,结合桥壳的形状及其结构特点,要求钢板强度高,冷弯及拉延成形性好并具有优良的焊接性和抗疲劳性。虽然国内外开发汽车高强汽车板钢的思路基本相同,但钢种的成分和工艺仍存在一定差别。

目前,宝钢已经在与山东蓬翔车桥厂进行合作开展抗拉强度为~MPa级重型货车桥壳用钢的开发和应用工作。

3、车轮用高强度钢

商用车钢制车轮总成结构一般由轮辐和轮辋焊接而成。较厚规格的轮辐一般采用旋压成形技术来替代传统冲压成形技术,成型工序相对简单,而轮辋的生产则主要包含了下料卷圆、闪光对焊、扩口、辊型、扩张精整等复杂工序。轮辐和轮辋各生产工序均要求车轮钢必须具备良好的塑性、强韧性、焊接性、冷成型性和抗疲劳特性。

虽然我国在车轮钢的强度级别和应用水平上与国外尚存一定差距,但在商用车轻量化的背景下,作为旋转结构件的车轮在降低自重、降耗、减排方面的作用日渐凸显。我国车轮钢从高强化的钢材研究、车轮结构优化到结构使役行为研究均取得了系列研究进展,但也不难看出,从车轮钢的研究到结构的应用验证,各环节的衔接相对独立,未形成系统。

4、厢体用高强度钢

商用半挂车主要由车厢厢体所在的上装结构件和车架所在的下装结构件组成。作为半挂车上重要的也是质量最大的部件,在减轻半挂车总质量方面具有很大的空间。伴随我国钢铁冶金技术、轧制技术的进步,对新型高强度钢材的研究不断发展,配合有限元精确解析的板形控制技术作为有力支撑,薄规格热轧高强度钢的强度级别不断提高,为商用车车厢结构的整体轻量化提供了技术基础。目前,我国商用半挂车自身重量大,载质量利用系数低,主要问题就存在于材料和结构优化2大方面。我国现存商用半挂车的厢板制造多采用Q普碳钢居多,使用MPa级以上低合金高强钢(HSLA钢)制造轻量化车厢又亟待解决钢板韧性储备问题和焊接软化问题,其中后者对厢板连接强度至关重要。

HSLA钢的强化方法主要包括细晶强化、位错强化、组织强化和析出强化4类,在商用车减重、节能等方面发挥着重要作用。但制约HSLA钢成功应用于厢板制造的2大技术问题,即韧性储备低和焊接热影响区软化是近几年的研究热点。

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