薄钢板

薄钢板是用热轧或 冷轧方法生产的厚度在0.2~4mm之间的钢板。薄钢板的宽度在500 ~2500mm之间。根据不同的用途,薄钢板有不同的材质:普通碳素钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、弹簧钢、电工用硅钢等等。它们主要用于汽车工业、航空工业、搪瓷工业、电气工业、机械工业等部门。薄钢板有轧后直接交 货的,还有经过酸洗的(酸洗薄钢板)、镀锌或镀锡的。 带钢实际上是很长的薄板,成卷供应,带钢可以在多机架连续式轧机上生产,切成定尺长度后就是钢板,因此生产率比单张轧制时高。

  • 品名: 有良好的耐腐蚀性能
  • 计重方式: 乙类钢
  • 展示单位:
  • 用途范围:

1薄钢板成形工艺

冲裁

冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工序。冲裁,从广义上说,是分离工序的总称,它包括切断、落料、冲孔、修边、切口等多种工序。但一般来说,冲裁工艺主要是指落料和冲出成品零件,又可为其他成形工序制备毛坯。

冲裁以后,板料分成两个部分,即落料部分和带孑L部分。若冲裁的目的是为了制取一定外形反冲落部分,则这种冲裁工序称为落料;若为了制取内孔,则称为冲孔。

根据变形机理的不同,冲裁可以分为普通冲裁和精密冲裁两类。

弯曲

塑性弯曲乃是压制成形工序中最为普遍的成形方法之一。弯曲成形的效果,表现为弯曲变形区曲率半径R和角度x的变化(图1)

图1图1

塑性弯曲必须首先经过弹性弯曲的阶段。在“材料力学”中我们已经熟知:弹性弯曲时,梁的外区纤维受拉, 内区纤维受压。拉,压两区以中性层为界,中性层恰好通过剖面的重心,其应力应变为零。假定中性层、的曲率半径为ρ,弯曲角度为α(参看图1),则距中性层为y处的纤维,其切向应变εθ

筑跃钢材

弹性弯曲时,切向应力δθ

筑跃钢材

所以材料的变形程度与应力大小,完全取决于纤维至中性层的距离与中性层半径的比值y/ρ,而与弯曲角度α的大小无关。在弯曲变形区的内、外边缘,应力应变最大。

对于厚度为t值的板料,当其弯曲半径为R时,板料边缘的应力(δθ)max与应变(εθ)max

筑跃钢材

假定材料的屈服应力为δs,则弹性弯曲的条件是:

筑跃钢材筑跃钢材

亦即

筑跃钢材

筑跃钢材时,弯曲即开始由表及里逐步进入塑性,变形。

拉伸

拉深成型,是把平板凸缘拉入凹模孔内而形成直壁的加工方法。

凸缘的流入,随着凹模孔轮廓形状的变形状态的不同,可分(a)压缩凸缘流入、(b)平行凸缘流入、(c)伸长凸缘流入三类,(图2)。

图2图2

由于拉深零件的形状尺寸不同,毛坯在变形过程中的应力应变分布也不一样。故在确定工艺方案、工艺参数和模具设计时,应根据具体情况,进行分析计算,以决定合理的毛坯尺寸和每一工步的几何参数,模具结构参数和设备型号,才能获得质量合格的零件。[2]


1冷轧薄钢板

大批量生产中使用最多的就是冷轧钢板。冷轧薄钢板的厚度在0.15~3.2mm之间,汽车车身多采用0.6~0.8mm的薄板。这种薄钢板尺寸精度非常高,表面光滑,具有良好的力学性能和加工性,主要用于车身侧围板、顶盖、发动机盖、翼子板、行李箱盖、车门板和仪表板等外覆盖件,这些零件要求材料具有高的成形性能、良好的表面质量和焊接性能。

一般冲压用薄钢板

在无间隙原子钢板(IF钢)使用以前,汽车覆盖件都用低碳沸腾钢板(08F)和铝镇静钢(08AL)冲制。沸腾钢由于冲压成形性能差和容易失效等缺陷现已较少使用。而铝镇静钢板仍作为冲压用钢板大量应用,特别是对于成形要求不高的车身零件,采用铝镇静钢板仍然占多数。

(1)铝镇静钢板(08AL)

①铝镇静钢板的化学成分。08AL作为一种传统的冲压钢板,其强度要求不高,但要求有良好的冲压成形性能,为此要求钢板有较高的塑性,钢板中的合金元素越低越好。

a.碳。碳在一般钢材中是主要元素,但是在深冲薄板中,它却是有害元素。钢中碳的质量分数增加,会使低碳钢的强度提高而使成形性能降低。因此,我国的GB/T5213-2001中规定深冲压用钢的碳质量分数应低于0.08%。

b.锰。锰质量分数高时,使钢板的强度升高,所以一般铝镇静钢的锰质量分数应低于0. 4%。

c.硫。硫质量分数对薄钢板的冲压性能有不利影响,因此其质量分数越低越好。一般08AL钢板规定的硫质量分数应低于0.025%。

d.磷。磷元素的作用是显著提高钢板强度,除高强度钢板中提高其含量外,在一般冷轧钢板中都限制其质量分数,深冲薄板中磷的质量分数低于0. 020qo。

e.硅。硅的作用主要是提高钢板强度,但会恶化冲压性能,所以其质量分数越低越好,硅质量分数应低于0. 030%。

f.铝。铝加入冲压用冷轧钢板中提高其冲压性能,所以08AL规定铝质量分数应在0. 02%一0.07%之间。

08AL钢板属于低碳钢,有较好的塑性,合适的强度,具有一定的时效性,在3—6个月内使用时,不能破坏其冲压性能。

铝镇静钢结相组织简单,一般由铁素体、游离碳化铁和少量非金属夹杂物组成,游离的碳化铁和非金属夹杂物对钢板的冲压性能影响很大,其中以方形夹杂物影响最大,圆形点状夹杂物影响最小,在冲压过程中会引起制件开裂。

铁素体晶粒的大小和晶粒的均匀性对冲压性能影响也很大,晶粒过小,强度升高而塑性降低,对冲压性能不利;晶粒过大,冲压后零件的表面差,会出现桔皮状表面,晶粒度以7~8级最为理想。若晶粒不均匀,会引起零件整个变形的不均匀性,从而导致开裂。

在冲制复杂零件时,因零件各部位的变形量不同,会在零件表面出现滑移线,严重地降低零件的表面质量,这对于汽车的覆盖件,这种现象是不允许出现的。一般要进行调质轧制处理,消除冲压中出现的滑移现象。

综上所述,08AL钢板适合冲压强度、表面质量要求不高的、变形均匀的一般零件。而对于深冲件和复杂零件,要慎用。

(2)无间隙原子钢板(IF钢板) 汽车车身由冲压件焊接组成。轿车车身的形状为了减少空气阻力和外形美观而日趋复杂,对钢板的冲压性能要求日益提高,因此对影响冲压成形性能的指标有一定要求,如高的塑性应变比、适当的应变硬化指数、高的伸长率、低的屈服强度,只有符合上述要求的钢板才能冲出形状复杂的零件。

以普通沸腾钢为代表的第一代冷轧钢板和以铝镇静钢为代表的第二代冷轧钢板都难以完全满足现代轿车冲压件的要求。已能大规模生产的第三代冷轧无间隙原子钢(IF钢板)能满足上述要求,由IF钢衍生出的新型钢板如IFBH钢、IF高强度钢、IF镀层钢等,再加上双相钢(DP钢)和塑性变形诱导相变钢(TRIP钢),使汽车用冷轧钢板达到了新的水平,基本上满足了轿车生产的需要。

在低碳钢中加入足够数量的钛后,钢中的碳、氮间隙原子就完全被钛固定,形成钛碳化合物,此时钢就成为无间隙原子钢而具有优异的成形性能。因钛价格昂贵,钢的生产成本太高,因此无法大批量生产。20世纪60年代后期,真空脱气技术的成功应用,使得钢中的碳、氮含量大幅度降低,而减少了钛的用量,从而降低了IF钢的生产成本。到了70年代,钢板生产采用连续退火机组,大大降低了生产成本,又出现了加铌及复合添加钛和铌的IF钢,扩大了IF钢的生产和应用。

①IF钢的化学成分。钢的化学成分是其性能的基础,对IF钢而言,首先是降低对成形性能有害的碳和氮的质量分数,同时加入钛和铌。

IF钢中碳、硅等元素的作用同08A1钢,钛和铌是IF钢中的重要元素,通过钛和铌的处理使固溶体中的间隙原子碳和氮得以清除,从而清除间隙原子的不利影响。工业生产中的超低碳钢若不经过加钛和铌的处理消除间隙原子,其塑性应变比不高,成形性能不好。

工业生产的IF钢有三种,即单一加Ti的Ti-IF钢、单一加Nb的Nb-IF钢和同时加Ti和Nb的复合Ti-Nb-IF钢。

上述三种IF钢的特点如下:

a.Ti-IF钢。就工艺参数而言,低的加热温度、高的卷取温度、高的退火温度和大的冷轧压下率有利于Ti-IF钢成形性能的提高。合金成分对Ti-IF钢延伸率的影响没有Nb-IF钢敏感,一般钛稳定钢延伸率较高。高的卷取温度和退火温度会得到粗大的TiC颗粒,因此强度级别低。对Ti-IF钢性能产生重要影响的TiS和Ti4C2S2等析出物一般在加热过程和热轧初始阶段就开始析出,所以工艺参数对Ti-IF钢影响不是很敏感,工艺过程的可操作性强,性能稳定。但是这种成分体系的钢平面各向异性大而且镀层抗粉化能力较差,不适用于镀锌板。

b.Nb-IF钢。与Ti-IF钢相比,由于细小NbC粒子析出,可以提高钢的强度,故Nb-IF钢具更高的强度水平。Nb的添加,改善钢的织组结构,各向异性值降低,提高了塑性应变比(r)平均值;Nb偏析到晶界,可防止冷加工脆性,提高可镀性和抗粉化性能。但由于Nb-IF钢的析出过程发生在热轧冷却阶段或退火阶段,力学性能对工艺参数比较敏感,而且Nb-IF钢有较高的再结晶温度,其力学性能不如Ti-IF钢好。

c.( Nb +Ti) -IF钢。铌钛稳定的IF钢延伸率比Ti-IF钢低,但r。值和r45 0值都比较高,具有较强的可成形性。铌钛稳定的IF钢比钛稳定钢具有较好的涂层粘附性,具有良好的合金化及热镀锌钢板抗粉化,而且力学性能对工艺不敏感,整卷性能均匀,适合于在连续退火工艺下生产高强钢及热镀锌钢,也是电镀锌IF钢和热镀锌IF钢基板的最佳选择。

②IF钢板的特点。与广泛使用的铝镇静低碳深冲钢比,IF钢板在性能上最明显的特点是优秀的成形性能和永不时效性。

a.优秀的成形性。

b.无时效性。一般钢板都具有时效性。所谓时效性就是钢板的屈服应力和延伸率随时间的推移而变化,经过一段时间后钢板的拉延性能曲线上会出现明显的屈服平台,此时钢板的成形性能下降。钢板的这种时效性是由于钢板中存在着碳、氮等间隙固溶原子造成的。尽管深冲钢板使用了铝镇静,其时效性已经不明显了,但它的存在仍是一个客观事实。所以,还仍然有这样的规定,即轧制后的深冲钢板的时效期为个3月,也就是说,轧制后的深冲钢板必须在3个月内用完,否则成形性就会下降。

③IF钢板的应用。由于IF钢板具有优秀的成形性能和独特的不时效性,所以在汽车工业特别是轿车工业中得到了广泛的应用。其应用概括起来,有以下几个方面。

a.用于形状复杂的冲压件。有些冲压件形状复杂,拉延较大,即使使用最好的铝镇静深冲钢也难以完全满足要求。例如发动机的油底壳对钢板的拉延性要求很高,过去一直使用进口的深拉延级钢板,但效果不太理想。自从使用了国产的深冲IF钢板之后,这个问题便迎刃而解。用国产Ⅲ钢板取代进口的深冲钢板生产一些形状比较复杂的冲压件,效果很好,值得进一步推广。

b.用于制造高强度的汽车车身覆盖件。为了节约能量和满足日益严格的环保要求,高强度钢板正在汽车工业中得到广泛的应用。例如,轿车车身的许多外覆盖件在原设计中就广泛地采用了高强度钢板,降低了钢板的厚度,从而降低了车身的质量,降低了汽车燃油消耗,也降低了汽车的有害排放。

IF钢板具有非常优秀的成形性。在此基础上通过固溶强化等方式开发出来的高强度IF钢板在获得了较高强度的同时仍然保留着较高的成形性。

在强度级别相同的情况下,高强度IF钢板的成形性指标的综合水平要明显优于传统使用的高强度钢板,加上这种IF钢板不具有时效性,冲压过程中不会在表面上出现影响板件外观质量的滑移线,所以用这种钢板生产汽车外覆盖件非常适宜。

c.作为高性能镀锌钢板的基板。镀锌钢板在汽车上的应用越来越广,如奥迪等欧洲车型和北美的一些车型中甚至整个车身都是用镀锌钢板制成的。镀锌钢板得到广泛应用的原因一是北欧和北美等气候寒冷的国家,冬日雪后路面喷洒盐水对车身件腐蚀严重,二是为了提高汽车使用寿命,各国对汽车板材不发生锈蚀的年限一再延长,一般裸钢板不能满足这些要求,所以镀锌钢板受到了重视。

一般都采用深冲钢板作为基板生产镀锌板,由于热镀锌时需要加热到500C左右的高温,基板因发生严重时效而使成形性变坏,从而使镀锌板的应用产生了局限性,不能用于比较复杂的冲压件。IF钢板的问世成功地解决了这个问题。由于IF钢板本身具有很高的成形性,加之没有时效性,所以在热浸镀锌后仍能保持着很好的成形性。表3.7是两种以职钢板为基板生产出来的钢板的实测性能,我们从中可以看出这两种钢板基本上保持了它原板的特点,具有很好的成形性。

另外,由于用钛作为微合金化的IF钢板平面上各向异性较大,以此种钢板为基板生产出来的镀锌钢板在冲压过程中,有可能因钢板各个方向的应变程度不同而发生粉化。以铌为微合金化元素时,情况要好得多,所以在实际生产中一般使用添加Nb或者Ti +Nb的IF钢板作为镀锌板的原板。

汽车用高强度钢板

为控制导致全球变暖的C02排放,汽车制造商以降低燃料消耗为目的,积极推进汽车车身轻量化的设计。20世纪90年代初,汽车车身使用高强钢板的比例增加到30%,减轻了车重。90年代后期,出于碰撞安全性考虑,汽车车身增加了加强件的使用量,从而增加了车重。为确保车身碰撞安全性和轻量化,用于汽车车身的高强钢板强度从440MPa级提高到590MPa级,车身结构件使用980MPa级超高强钢板,使用比例也在40%以上。从提高车身缓蚀性能来看,合金化热镀锌钢板具有与冷轧钢板相同的高强度特性。

汽车用高强度冷轧钢板主要用于车身零部件,大致分为3类,即内外面板、结构件和加强件。表3-8列出了每一部件要求的钢板强度和特性及需解决的问题。[3]


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