薄鋼板

薄鋼板是用熱軋或 冷軋方法生產(chǎn)的厚度在0.2~4mm之間的鋼板。薄鋼板的寬度在500 ~2500mm之間。根據不同的用途,薄鋼板有不同的材質(zhì):普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、彈簧鋼、電工用硅鋼等等。它們主要用于汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、搪瓷工業(yè)、電氣工業(yè)、機械工業(yè)等部門(mén)。薄鋼板有軋后直接交 貨的,還有經(jīng)過(guò)酸洗的(酸洗薄鋼板)、鍍鋅或鍍錫的。 帶鋼實(shí)際上是很長(cháng)的薄板,成卷供應,帶鋼可以在多機架連續式軋機上生產(chǎn),切成定尺長(cháng)度后就是鋼板,因此生產(chǎn)率比單張軋制時(shí)高。

  • 品名: 有良好的耐腐蝕性能
  • 計重方式: 乙類(lèi)鋼
  • 展示單位:
  • 用途范圍:

1薄鋼板成形工藝

沖裁

沖裁是利用沖模使材料分離的一種沖壓工序。沖裁,從廣義上說(shuō),是分離工序的總稱(chēng),它包括切斷、落料、沖孔、修邊、切口等多種工序。但一般來(lái)說(shuō),沖裁工藝主要是指落料和沖出成品零件,又可為其他成形工序制備毛坯。

沖裁以后,板料分成兩個(gè)部分,即落料部分和帶孑L部分。若沖裁的目的是為了制取一定外形反沖落部分,則這種沖裁工序稱(chēng)為落料;若為了制取內孔,則稱(chēng)為沖孔。

根據變形機理的不同,沖裁可以分為普通沖裁和精密沖裁兩類(lèi)。

彎曲

塑性彎曲乃是壓制成形工序中最為普遍的成形方法之一。彎曲成形的效果,表現為彎曲變形區曲率半徑R和角度x的變化(圖1)

圖1圖1

塑性彎曲必須首先經(jīng)過(guò)彈性彎曲的階段。在“材料力學(xué)”中我們已經(jīng)熟知:彈性彎曲時(shí),梁的外區纖維受拉, 內區纖維受壓。拉,壓兩區以中性層為界,中性層恰好通過(guò)剖面的重心,其應力應變?yōu)榱?。假定中性層、的曲率半徑為ρ,彎曲角度為α(參看圖1),則距中性層為y處的纖維,其切向應變εθ

筑躍鋼鐵

彈性彎曲時(shí),切向應力δθ

筑躍鋼鐵

所以材料的變形程度與應力大小,完全取決于纖維至中性層的距離與中性層半徑的比值y/ρ,而與彎曲角度α的大小無(wú)關(guān)。在彎曲變形區的內、外邊緣,應力應變最大。

對于厚度為t值的板料,當其彎曲半徑為R時(shí),板料邊緣的應力(δθ)max與應變(εθ)max

筑躍鋼鐵

假定材料的屈服應力為δs,則彈性彎曲的條件是:

筑躍鋼鐵筑躍鋼鐵

亦即

筑躍鋼鐵

筑躍鋼鐵時(shí),彎曲即開(kāi)始由表及里逐步進(jìn)入塑性,變形。

拉伸

拉深成型,是把平板凸緣拉入凹??變榷纬芍北诘募庸し椒?。

凸緣的流入,隨著(zhù)凹??纵喞螤畹淖冃螤顟B(tài)的不同,可分(a)壓縮凸緣流入、(b)平行凸緣流入、(c)伸長(cháng)凸緣流入三類(lèi),(圖2)。

圖2圖2

由于拉深零件的形狀尺寸不同,毛坯在變形過(guò)程中的應力應變分布也不一樣。故在確定工藝方案、工藝參數和模具設計時(shí),應根據具體情況,進(jìn)行分析計算,以決定合理的毛坯尺寸和每一工步的幾何參數,模具結構參數和設備型號,才能獲得質(zhì)量合格的零件。[2]


1冷軋薄鋼板

大批量生產(chǎn)中使用最多的就是冷軋鋼板。冷軋薄鋼板的厚度在0.15~3.2mm之間,汽車(chē)車(chē)身多采用0.6~0.8mm的薄板。這種薄鋼板尺寸精度非常高,表面光滑,具有良好的力學(xué)性能和加工性,主要用于車(chē)身側圍板、頂蓋、發(fā)動(dòng)機蓋、翼子板、行李箱蓋、車(chē)門(mén)板和儀表板等外覆蓋件,這些零件要求材料具有高的成形性能、良好的表面質(zhì)量和焊接性能。

一般沖壓用薄鋼板

在無(wú)間隙原子鋼板(IF鋼)使用以前,汽車(chē)覆蓋件都用低碳沸騰鋼板(08F)和鋁鎮靜鋼(08AL)沖制。沸騰鋼由于沖壓成形性能差和容易失效等缺陷現已較少使用。而鋁鎮靜鋼板仍作為沖壓用鋼板大量應用,特別是對于成形要求不高的車(chē)身零件,采用鋁鎮靜鋼板仍然占多數。

(1)鋁鎮靜鋼板(08AL)

①鋁鎮靜鋼板的化學(xué)成分。08AL作為一種傳統的沖壓鋼板,其強度要求不高,但要求有良好的沖壓成形性能,為此要求鋼板有較高的塑性,鋼板中的合金元素越低越好。

a.碳。碳在一般鋼材中是主要元素,但是在深沖薄板中,它卻是有害元素。鋼中碳的質(zhì)量分數增加,會(huì )使低碳鋼的強度提高而使成形性能降低。因此,我國的GB/T5213-2001中規定深沖壓用鋼的碳質(zhì)量分數應低于0.08%。

b.錳。錳質(zhì)量分數高時(shí),使鋼板的強度升高,所以一般鋁鎮靜鋼的錳質(zhì)量分數應低于0. 4%。

c.硫。硫質(zhì)量分數對薄鋼板的沖壓性能有不利影響,因此其質(zhì)量分數越低越好。一般08AL鋼板規定的硫質(zhì)量分數應低于0.025%。

d.磷。磷元素的作用是顯著(zhù)提高鋼板強度,除高強度鋼板中提高其含量外,在一般冷軋鋼板中都限制其質(zhì)量分數,深沖薄板中磷的質(zhì)量分數低于0. 020qo。

e.硅。硅的作用主要是提高鋼板強度,但會(huì )惡化沖壓性能,所以其質(zhì)量分數越低越好,硅質(zhì)量分數應低于0. 030%。

f.鋁。鋁加入沖壓用冷軋鋼板中提高其沖壓性能,所以08AL規定鋁質(zhì)量分數應在0. 02%一0.07%之間。

08AL鋼板屬于低碳鋼,有較好的塑性,合適的強度,具有一定的時(shí)效性,在3—6個(gè)月內使用時(shí),不能破壞其沖壓性能。

鋁鎮靜鋼結相組織簡(jiǎn)單,一般由鐵素體、游離碳化鐵和少量非金屬夾雜物組成,游離的碳化鐵和非金屬夾雜物對鋼板的沖壓性能影響很大,其中以方形夾雜物影響最大,圓形點(diǎn)狀夾雜物影響最小,在沖壓過(guò)程中會(huì )引起制件開(kāi)裂。

鐵素體晶粒的大小和晶粒的均勻性對沖壓性能影響也很大,晶粒過(guò)小,強度升高而塑性降低,對沖壓性能不利;晶粒過(guò)大,沖壓后零件的表面差,會(huì )出現桔皮狀表面,晶粒度以7~8級最為理想。若晶粒不均勻,會(huì )引起零件整個(gè)變形的不均勻性,從而導致開(kāi)裂。

在沖制復雜零件時(shí),因零件各部位的變形量不同,會(huì )在零件表面出現滑移線(xiàn),嚴重地降低零件的表面質(zhì)量,這對于汽車(chē)的覆蓋件,這種現象是不允許出現的。一般要進(jìn)行調質(zhì)軋制處理,消除沖壓中出現的滑移現象。

綜上所述,08AL鋼板適合沖壓強度、表面質(zhì)量要求不高的、變形均勻的一般零件。而對于深沖件和復雜零件,要慎用。

(2)無(wú)間隙原子鋼板(IF鋼板) 汽車(chē)車(chē)身由沖壓件焊接組成。轎車(chē)車(chē)身的形狀為了減少空氣阻力和外形美觀(guān)而日趨復雜,對鋼板的沖壓性能要求日益提高,因此對影響沖壓成形性能的指標有一定要求,如高的塑性應變比、適當的應變硬化指數、高的伸長(cháng)率、低的屈服強度,只有符合上述要求的鋼板才能沖出形狀復雜的零件。

以普通沸騰鋼為代表的第一代冷軋鋼板和以鋁鎮靜鋼為代表的第二代冷軋鋼板都難以完全滿(mǎn)足現代轎車(chē)沖壓件的要求。已能大規模生產(chǎn)的第三代冷軋無(wú)間隙原子鋼(IF鋼板)能滿(mǎn)足上述要求,由IF鋼衍生出的新型鋼板如IFBH鋼、IF高強度鋼、IF鍍層鋼等,再加上雙相鋼(DP鋼)和塑性變形誘導相變鋼(TRIP鋼),使汽車(chē)用冷軋鋼板達到了新的水平,基本上滿(mǎn)足了轎車(chē)生產(chǎn)的需要。

在低碳鋼中加入足夠數量的鈦后,鋼中的碳、氮間隙原子就完全被鈦固定,形成鈦碳化合物,此時(shí)鋼就成為無(wú)間隙原子鋼而具有優(yōu)異的成形性能。因鈦價(jià)格昂貴,鋼的生產(chǎn)成本太高,因此無(wú)法大批量生產(chǎn)。20世紀60年代后期,真空脫氣技術(shù)的成功應用,使得鋼中的碳、氮含量大幅度降低,而減少了鈦的用量,從而降低了IF鋼的生產(chǎn)成本。到了70年代,鋼板生產(chǎn)采用連續退火機組,大大降低了生產(chǎn)成本,又出現了加鈮及復合添加鈦和鈮的IF鋼,擴大了IF鋼的生產(chǎn)和應用。

①I(mǎi)F鋼的化學(xué)成分。鋼的化學(xué)成分是其性能的基礎,對IF鋼而言,首先是降低對成形性能有害的碳和氮的質(zhì)量分數,同時(shí)加入鈦和鈮。

IF鋼中碳、硅等元素的作用同08A1鋼,鈦和鈮是IF鋼中的重要元素,通過(guò)鈦和鈮的處理使固溶體中的間隙原子碳和氮得以清除,從而清除間隙原子的不利影響。工業(yè)生產(chǎn)中的超低碳鋼若不經(jīng)過(guò)加鈦和鈮的處理消除間隙原子,其塑性應變比不高,成形性能不好。

工業(yè)生產(chǎn)的IF鋼有三種,即單一加Ti的Ti-IF鋼、單一加Nb的Nb-IF鋼和同時(shí)加Ti和Nb的復合Ti-Nb-IF鋼。

上述三種IF鋼的特點(diǎn)如下:

a.Ti-IF鋼。就工藝參數而言,低的加熱溫度、高的卷取溫度、高的退火溫度和大的冷軋壓下率有利于Ti-IF鋼成形性能的提高。合金成分對Ti-IF鋼延伸率的影響沒(méi)有Nb-IF鋼敏感,一般鈦穩定鋼延伸率較高。高的卷取溫度和退火溫度會(huì )得到粗大的TiC顆粒,因此強度級別低。對Ti-IF鋼性能產(chǎn)生重要影響的TiS和Ti4C2S2等析出物一般在加熱過(guò)程和熱軋初始階段就開(kāi)始析出,所以工藝參數對Ti-IF鋼影響不是很敏感,工藝過(guò)程的可操作性強,性能穩定。但是這種成分體系的鋼平面各向異性大而且鍍層抗粉化能力較差,不適用于鍍鋅板。

b.Nb-IF鋼。與Ti-IF鋼相比,由于細小NbC粒子析出,可以提高鋼的強度,故Nb-IF鋼具更高的強度水平。Nb的添加,改善鋼的織組結構,各向異性值降低,提高了塑性應變比(r)平均值;Nb偏析到晶界,可防止冷加工脆性,提高可鍍性和抗粉化性能。但由于Nb-IF鋼的析出過(guò)程發(fā)生在熱軋冷卻階段或退火階段,力學(xué)性能對工藝參數比較敏感,而且Nb-IF鋼有較高的再結晶溫度,其力學(xué)性能不如Ti-IF鋼好。

c.( Nb +Ti) -IF鋼。鈮鈦穩定的IF鋼延伸率比Ti-IF鋼低,但r。值和r45 0值都比較高,具有較強的可成形性。鈮鈦穩定的IF鋼比鈦穩定鋼具有較好的涂層粘附性,具有良好的合金化及熱鍍鋅鋼板抗粉化,而且力學(xué)性能對工藝不敏感,整卷性能均勻,適合于在連續退火工藝下生產(chǎn)高強鋼及熱鍍鋅鋼,也是電鍍鋅IF鋼和熱鍍鋅IF鋼基板的最佳選擇。

②IF鋼板的特點(diǎn)。與廣泛使用的鋁鎮靜低碳深沖鋼比,IF鋼板在性能上最明顯的特點(diǎn)是優(yōu)秀的成形性能和永不時(shí)效性。

a.優(yōu)秀的成形性。

b.無(wú)時(shí)效性。一般鋼板都具有時(shí)效性。所謂時(shí)效性就是鋼板的屈服應力和延伸率隨時(shí)間的推移而變化,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后鋼板的拉延性能曲線(xiàn)上會(huì )出現明顯的屈服平臺,此時(shí)鋼板的成形性能下降。鋼板的這種時(shí)效性是由于鋼板中存在著(zhù)碳、氮等間隙固溶原子造成的。盡管深沖鋼板使用了鋁鎮靜,其時(shí)效性已經(jīng)不明顯了,但它的存在仍是一個(gè)客觀(guān)事實(shí)。所以,還仍然有這樣的規定,即軋制后的深沖鋼板的時(shí)效期為個(gè)3月,也就是說(shuō),軋制后的深沖鋼板必須在3個(gè)月內用完,否則成形性就會(huì )下降。

③IF鋼板的應用。由于IF鋼板具有優(yōu)秀的成形性能和獨特的不時(shí)效性,所以在汽車(chē)工業(yè)特別是轎車(chē)工業(yè)中得到了廣泛的應用。其應用概括起來(lái),有以下幾個(gè)方面。

a.用于形狀復雜的沖壓件。有些沖壓件形狀復雜,拉延較大,即使使用最好的鋁鎮靜深沖鋼也難以完全滿(mǎn)足要求。例如發(fā)動(dòng)機的油底殼對鋼板的拉延性要求很高,過(guò)去一直使用進(jìn)口的深拉延級鋼板,但效果不太理想。自從使用了國產(chǎn)的深沖IF鋼板之后,這個(gè)問(wèn)題便迎刃而解。用國產(chǎn)Ⅲ鋼板取代進(jìn)口的深沖鋼板生產(chǎn)一些形狀比較復雜的沖壓件,效果很好,值得進(jìn)一步推廣。

b.用于制造高強度的汽車(chē)車(chē)身覆蓋件。為了節約能量和滿(mǎn)足日益嚴格的環(huán)保要求,高強度鋼板正在汽車(chē)工業(yè)中得到廣泛的應用。例如,轎車(chē)車(chē)身的許多外覆蓋件在原設計中就廣泛地采用了高強度鋼板,降低了鋼板的厚度,從而降低了車(chē)身的質(zhì)量,降低了汽車(chē)燃油消耗,也降低了汽車(chē)的有害排放。

IF鋼板具有非常優(yōu)秀的成形性。在此基礎上通過(guò)固溶強化等方式開(kāi)發(fā)出來(lái)的高強度IF鋼板在獲得了較高強度的同時(shí)仍然保留著(zhù)較高的成形性。

在強度級別相同的情況下,高強度IF鋼板的成形性指標的綜合水平要明顯優(yōu)于傳統使用的高強度鋼板,加上這種IF鋼板不具有時(shí)效性,沖壓過(guò)程中不會(huì )在表面上出現影響板件外觀(guān)質(zhì)量的滑移線(xiàn),所以用這種鋼板生產(chǎn)汽車(chē)外覆蓋件非常適宜。

c.作為高性能鍍鋅鋼板的基板。鍍鋅鋼板在汽車(chē)上的應用越來(lái)越廣,如奧迪等歐洲車(chē)型和北美的一些車(chē)型中甚至整個(gè)車(chē)身都是用鍍鋅鋼板制成的。鍍鋅鋼板得到廣泛應用的原因一是北歐和北美等氣候寒冷的國家,冬日雪后路面噴灑鹽水對車(chē)身件腐蝕嚴重,二是為了提高汽車(chē)使用壽命,各國對汽車(chē)板材不發(fā)生銹蝕的年限一再延長(cháng),一般裸鋼板不能滿(mǎn)足這些要求,所以鍍鋅鋼板受到了重視。

一般都采用深沖鋼板作為基板生產(chǎn)鍍鋅板,由于熱鍍鋅時(shí)需要加熱到500C左右的高溫,基板因發(fā)生嚴重時(shí)效而使成形性變壞,從而使鍍鋅板的應用產(chǎn)生了局限性,不能用于比較復雜的沖壓件。IF鋼板的問(wèn)世成功地解決了這個(gè)問(wèn)題。由于IF鋼板本身具有很高的成形性,加之沒(méi)有時(shí)效性,所以在熱浸鍍鋅后仍能保持著(zhù)很好的成形性。表3.7是兩種以職鋼板為基板生產(chǎn)出來(lái)的鋼板的實(shí)測性能,我們從中可以看出這兩種鋼板基本上保持了它原板的特點(diǎn),具有很好的成形性。

另外,由于用鈦作為微合金化的IF鋼板平面上各向異性較大,以此種鋼板為基板生產(chǎn)出來(lái)的鍍鋅鋼板在沖壓過(guò)程中,有可能因鋼板各個(gè)方向的應變程度不同而發(fā)生粉化。以鈮為微合金化元素時(shí),情況要好得多,所以在實(shí)際生產(chǎn)中一般使用添加Nb或者Ti +Nb的IF鋼板作為鍍鋅板的原板。

汽車(chē)用高強度鋼板

為控制導致全球變暖的C02排放,汽車(chē)制造商以降低燃料消耗為目的,積極推進(jìn)汽車(chē)車(chē)身輕量化的設計。20世紀90年代初,汽車(chē)車(chē)身使用高強鋼板的比例增加到30%,減輕了車(chē)重。90年代后期,出于碰撞安全性考慮,汽車(chē)車(chē)身增加了加強件的使用量,從而增加了車(chē)重。為確保車(chē)身碰撞安全性和輕量化,用于汽車(chē)車(chē)身的高強鋼板強度從440MPa級提高到590MPa級,車(chē)身結構件使用980MPa級超高強鋼板,使用比例也在40%以上。從提高車(chē)身緩蝕性能來(lái)看,合金化熱鍍鋅鋼板具有與冷軋鋼板相同的高強度特性。

汽車(chē)用高強度冷軋鋼板主要用于車(chē)身零部件,大致分為3類(lèi),即內外面板、結構件和加強件。表3-8列出了每一部件要求的鋼板強度和特性及需解決的問(wèn)題。[3]


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