<ins id="hfx7x"><span id="hfx7x"></span></ins>
<cite id="hfx7x"></cite>
<var id="hfx7x"></var><var id="hfx7x"><video id="hfx7x"><thead id="hfx7x"></thead></video></var><cite id="hfx7x"><video id="hfx7x"></video></cite>
<cite id="hfx7x"></cite>
<var id="hfx7x"></var>
<var id="hfx7x"></var>
<var id="hfx7x"><strike id="hfx7x"><listing id="hfx7x"></listing></strike></var>

專利創新成果融入標準,實現中國汽車熱沖壓鋼的追趕和超越 —《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》解讀

2021-06-05 11:11:51·  來源:中國汽車工程學會標準
 
2021年4月,中國汽車工程學會正式發布《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》(T/CSAE 179-2021),這是第一項專利權人承諾基于FRAND原則以合理費率進行專利許可的CSAE標準,開啟了專利創新成果融入團體標準的創新實踐。而
2021年4月,中國汽車工程學會正式發布《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》(T/CSAE 179-2021),這是第一項專利權人承諾基于FRAND原則以合理費率進行專利許可的CSAE標準,開啟了專利創新成果融入團體標準的創新實踐。而隨著該標準的推廣實施,新技術應用預計將為企業鋼材成本每噸節省1000元。

導讀

——緣起——

汽車用戶對鋁硅鍍層熱沖壓鋼絕不陌生,在汽車輕量化和提高安全性的大背景下,它在各個車型上的使用比例很頻繁地出現在車型安全性能介紹中,是衡量車輛被動安全的黃金標尺之一。因此,各個汽車企業均有意識的逐年提高鋁硅鍍層熱沖壓鋼在車身上的用量,據不完全統計,2020年僅國內鋁硅鍍層熱沖壓鋼的需求量就將達到60萬噸以上,預測2025年需求量則上升到150萬噸以上。

鋁硅鍍層熱沖壓鋼的原創來源于歐洲,其鍍層的結構設計,熱沖壓的規范以及后續汽車應用上的焊接涂裝等方方面面早已在先驅者的多年積累之下形成了邏輯嚴密的閉環,并形成了全方位的專利保護?;诖?,全國乃至全球的鋁硅鍍層熱沖壓鋼供給是被一二家國外鋼鐵公司控制的。各個國內車企和他們的零部件供應商不得不承受高昂的鋼板價格,國內鋼鐵公司在無法澄清專利問題之前也沒有能力合法合規地進入各車企的采購名單。

——破局——

東北大學聯合育材堂(蘇州)材料科技有限公司(以下簡稱育材堂)從研究現有鋁硅鍍層熱沖壓鋼的彎曲韌性偏低的問題入手,發現了物理上的機理,提出了簡單但有效的解決方案,形成一系列韌性明顯改善的鋁硅鍍層熱沖壓鋼的科技創新成果并獲得相關專利。這種高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼技術得到了行業上下游企業的廣泛關注,而育材堂也積極探討與各方企業的合作模式,以合理的費率將這套專利技術許可給多家鋼鐵公司生產,并與合作伙伴一起推動在零部件和汽車企業的應用。

為更大范圍地分享高韌性鋁硅鍍層技術帶來的紅利,東北大學聯合育材堂于2019年在中國汽車工程學會提出標準立項申請,聯合20余家行業上下游企業共同成立標準工作組,完成了T/CSAE 179-2021《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》。希望通過新標準的建立,系統梳理鋼鐵企業,熱沖壓零部件供應商以及汽車公司的鋁硅鍍層鋼板板及零件的生產管控,促進高韌性鋁硅鍍層熱沖壓零件的品質提升,擴大其在國內外車型上的應用,從而提升國內汽車行業熱沖壓材料的應用技術水平。

——探索——

專利技術融入標準,通過標準實施實現創新技術快速推廣應用,獲得合理經濟回報反哺科技創新,這種以合理許可費率進行標準必要專利許可的模式在中國汽車領域屬于首創。該模式的建立使得上游的鋼鐵公司不用付出高額的研發費用即可將技術轉化為生產,而新技術帶來的性能改善以及成本下降也大大緩解了零部件廠和汽車企業的原材料采購壓力。

標準解讀:

此次工作組提出的新標準,顯然不是眾多汽車企業對多年來鋁硅鍍層熱沖壓鋼使用經驗的總結,更不是對現有鋁硅鍍層熱沖壓鋼標準的一個補缺。此標準標題中的“高韌性”三個字開宗明義的表明,這是一個對現有鋁硅鍍層熱沖壓鋼的升級宣告。

既然是升級,那大家自然都想知道:升的什么級,升級有什么用,怎么升的級。因此,我們試圖通過解讀這個標準來回答以下的幾個問題:

a)當我們談論韌性的時候,我們到底在談論什么?

開門見山的說,這里的韌性是想描述一種汽車零件抵抗變形破壞的能力,或者說在斷裂之前零件能發生局部變形的能力,即“斷裂應變”的大小。我們應該知道,材料的受力狀態不同,斷裂應變是完全不同的。例如,在我們熟悉的單向拉伸實驗中,試樣處于“單向拉伸”(uniaxial tension)的受力狀態,是被“拉斷”的。

然而,汽車在發生碰撞時,零件幾乎不可能是被拉斷的,他們大多處于被“折彎”的狀態,接近于力學描述的“平面應變”(Plane Strain)的受力狀態,也即是說零件是被“折斷”的。因此,為正確評價汽車零件抵抗變形破壞的能力,我們需要對不同受力狀態下材料的等效斷裂應變進行測定。其中,不同的受理狀態可以用力學概念“應力三軸度”的數值來表達。下圖所示的就是材料的等效應變Y隨應力三軸度X變化的曲線。通常情況下,對于高強度鋼,我們得到的,幾乎總是一條形似字母W的曲線。

專利創新成果融入標準,實現中國汽車熱沖壓鋼的追趕和超越 —《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》解讀
圖1:材料等效斷裂應變曲線,來源:M. Kõrgesaar et al. International Journal of Solids andStructures, Volume 51, Issues 21–22, 15October 2014, Pages 3752-3761

通過上圖可知,我們可以清楚的看到,單向拉伸(uniaxial tension)對應的斷裂應變總是位于W曲線的中間高峰上,而平面應變(Plane Strain)對應的斷裂應變則落到了W右側的谷底,要低很多。也就是說,對同一種材料,折斷總比拉斷更容易(似乎我們天生就知道折斷樹枝比拉斷樹枝容易);投射到汽車應用上,產生兩件值得思考的事情:

1)對于材料開發者和生產者,片面追求提高熱沖壓鋼的單向拉伸總伸長率,不一定有多大意義;

2)對于材料使用者,如果用單向拉伸總伸長率好壞來評判零件抵抗折彎破壞的能力,是嚴重高估了,其結果當然是碰撞安全的隱患。

正是基于我們對于熱沖用鋼斷裂應變上的理解,我們發布了新標準。從標準正文的表7中可以看到,新標準中的“總伸長率”并沒有顯著提升,還是大家熟悉的味道。因此,如果你期待在熱沖壓狀態或烘烤狀態下,材料的伸長率能達到10%,你恐怕要失望了。正如我們強調的,我們要的高韌性并不是體現在總伸長率上,而是體現在平面應變狀態下的高斷裂應變。

平面斷裂應變并不容易測量,因此,德國汽車工業協會標準VDA238-100中提供了一個十分好用的近似方法:通過搭建平板三點彎實驗獲得一個較理想的平面應變條件,并通過測試材料三點彎后的最大彎曲角進而判斷材料平面斷裂應變的高低。而平面斷裂應變可以通過最大彎曲角求得,求得方法見下圖。這種方法簡單,好用,從而使得VDA最大彎曲角成為工程上表征韌性最理想的性能指標。

專利創新成果融入標準,實現中國汽車熱沖壓鋼的追趕和超越 —《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》解讀1
圖2:VDA 238-100 彎曲示意圖與彎曲過程中的厚度方向應變的分布,來源:易紅亮等. 金屬學報,第56卷,第4期,2020.04:429~443

b)高韌性的“高”是相對什么韌性而言的?

近年來,越來越多的汽車企業意識到高韌性熱沖壓鋼的重要性,并在自家的標準中提出了對VDA最大彎曲角的要求。如東風汽車標準中提到,當板厚≥1mm時,其軋向和垂直軋向方向的VDA最大彎曲角要不低于70°。BMW則一直要求所有熱沖壓鋼(包括無鍍層,鋁硅鍍層以及鋅基鍍層等)的VDA最大彎曲角均需達到60°以上。而通用汽車則在2019年之前的熱沖壓鋼材料標準也僅要求VDA最大彎曲角需達到50°以上,并在2019年6月發布的GM全球材料標準GMW14400中對VDA最大彎曲角進行了升級,增加了牌號為HS1300T/950Y-MS-IB的材料規范,要求鋁硅鍍層熱沖壓鋼的VDA最大彎曲角須達到60°以上,其中“IB”正是Improved Bendability(提升彎曲韌性)的縮寫,展示了通用汽車在此領域的前瞻性。

結合汽車企業的需求,新標準中的表10則給出了不同板厚下,高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼板在熱沖壓態和烘烤態的VDA最大彎曲角要求。與現有鋁硅鍍層熱沖壓鋼比較,通過VDA最大彎曲角的提升,平面斷裂應變將有顯著的提升(見下圖),進而提高了零件抵抗變形破壞的能力以及整車碰撞安全性能。

專利創新成果融入標準,實現中國汽車熱沖壓鋼的追趕和超越 —《汽車用高韌性熱鍍鋁硅合金鍍層熱沖壓鋼板技術要求》解讀2
圖3:高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼的等效斷裂應變曲線

c)新標準的高韌性是通過什么獲得的?

新標準中的表1至表3分別展示了新材料規范的基板化學成分、非金屬夾雜物以及性能要求,顯然,基板材料仍為傳統的22MnB5,即獲取高韌性的秘密不是來自于基板的材料突破。

直覺上,我們很難相信材料整體的韌性改善是鍍層的優化導致的,但事實就是這樣。先簡單說說為何現有鋁硅鍍層熱沖壓鋼無法突破60°甚至是55°的VDA最大彎曲角門檻。鋁硅鍍層在熱沖壓的奧氏體化加熱過程中,是會和基體的鋼發生相互擴散以及復雜的金屬間化合反應,而鍍層與基板之間的界面會在該過程中向鋼一端推移,形象的說,鍍層在加熱過程中變厚了。通過顯微觀察發現,鍍層增厚之后,鍍層與基板之間的界面靠近鍍層一側為富鋁的鐵素體,另一側為幾乎不含鋁的富碳馬氏體,由于界面的推移,未推移前的馬氏體中本來均勻分布的碳被“擠壓”出來并堆積在界面靠近基體上,形成薄薄的一層高碳馬氏體。而高碳馬氏體韌性不好是通識,其斷裂應變大約只有基體里正常馬氏體的1/10。在折彎的受力狀態下,這層薄薄的高碳馬氏體層又處在應變最大的表面區域,怎能不斷?

顯然,克服這個問題的關鍵,在于降低碳在界面上的堆積。怎么降低?在可能的工程方法中,最優美最簡單的莫過于減少界面的推移,即鍍層的厚度減薄?;诖?,新標準中的表5和表8分別規范了熱沖壓前后高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼的鍍層厚度,即“鋼廠交貨狀態”(熱沖壓之前)的單面鍍層厚度典型值為10微米以及“熱沖壓平板或零件”(熱沖壓之后)的單面鍍層厚度典型值為16微米。也就是說,按照新標準的指導,對比熱沖壓前后的鍍層狀態,界面的推移距離只有6微米,界面推移效果顯著弱于現有鋁硅鍍層熱沖壓鋼。

新標準規范的高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼常被簡稱為“薄鍍層”材料。對比現有產品,這的確是最顯著的區別,也是標準中容易被觀測和執行的特征。但其內涵,不在于鍍層本身有多“薄”,而在于界面推移有多“遠”。通過鋁硅鍍層厚度減薄這一簡單有效的辦法,熱沖壓加熱過程中鍍層與基板直接的界面推移受到限制,高碳馬氏體的生成得到控制,最終熱沖壓零件的韌性將得到顯著改善,并將直接貢獻于車身輕量化以及整車碰撞安全性提升上。因此,有理由相信,高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼將成為未來車身用材發展的一個重要方向,實現在汽車熱成形鋼領域國人對國際領先技術的追趕和超越。

—標準解讀文字來源于東北大學 周澍
 
久草久在线在线观看_久草快播图片在线观看_久草免费草免费
<蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>