新型合金钢:塑性与厚度

发布时间:2010-07-13
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新型合金钢可以大大减少汽车用钢板的厚度,同时提高汽车的抗碰撞性能。

未来的汽车是否仍然可以选用钢材,这主要取决于人们对新型特殊合金钢的研究是否能够取得成果。人们希望新的合金钢不仅具有着极高的塑性,同时又要有很高的强度,在发生碰撞时能够对汽车的正面和侧面施以保护。

Udo Brüx先生认为,采用铝合金材料生产汽车让奥迪公司走上了一条弯路。作为一个钢铁材料的专家,这位物理学硕士为杜塞尔多夫的Max-Planck研究所工作,从事钢铁材料方面的研究。前不久,该研究所成功地研制出了一种新型合金钢的原材料配方。据Brüx先生介绍,这种新型合金钢可以大大减少汽车用钢板的厚度,同时提高汽车的抗碰撞性能。

杜塞尔多夫的科学家们希望:于目前的铝合金相比,他们研制的这种合金钢可以将重量减少10%~15%,这样,整个汽车的重量也会因此而减轻20%~25%。这一数字不仅仅是钢铁生产企业所期望的,同时也是OEM汽车生产厂所追求的目标之一。目前,Thyssen钢铁集团公司和Salzgitter股份公司都为这项技术申请了专利。许多OEM汽车生产厂家,如宝马公司和福特公司也都对这种钢材的高强度和高塑性表示出了极大的兴趣。


由Thyssen钢铁集团研发的高强度多相钢制造的工件要比其他材料的相同工件轻24%

极好的塑性延伸性能

在杜塞尔多夫,科学家们根据多年的经验和热动力学性能的计算,也认为这种合金钢的问世是对 “提高钢材质量的一次革命”。人们对这种合金钢实际检测得到的延展性能的可信数据表明:其延展性能达到了50%。科学家们预言:含锰15%、铝3%以及硅元素的这种新型钢材,是一种具有特殊性能的轻结构钢材。

人们可以利用这种合金钢制造汽车前端发动机舱的防碰撞部件。因为它可以在汽车碰撞时吸收大量的碰撞冲击能量,而本身并不产生裂纹,而这仅仅是这种新材料的众多优点之一。此外,这种新型合金材料可以承受的压力达1100MPa,甚至许多科学家夸张的认为:它几乎可以在一张邮票大小的面积上承受十头大象的重量。而目前,制造车架的钢材在压力达到700MPa时就已经断裂了。

钢铁专家并没有因此而满足,他们又研制了另一种合金钢,其成份含锰25%、含铝和硅各3%。虽然这种合金钢的强度不算太高,但是在长度方向上拉伸延长90%后仍无裂纹出现。据Max-Planck研究所钢铁研究部的领导人Georg Frommeyer教授介绍,当延伸率达到60%时就不再进行提高塑性的研究了。


Porschr Cayenne轿车车架结构中的钢结构

但是,到钢铁企业能够大批量生产这种合金钢还要经历很长的一段路程,因为这种合金钢熔液的流动性能与众不同。目前,生产这种合金钢的最佳工艺方法被称为DSC-Bandgieöen(Directstrip Casting)。在DSC方法中,将熔化的合金钢熔液直接浇铸到连续运行的、从下方用水冷却的浇铸钢板上。在合金钢冷却凝固后,铸板将合金钢板毛坯送入保温炉(区)中,最后再加热轧制成合格的合金钢板,并进行退火。

钢板的轧制工艺技术对于钢板的机械性能有着重要的意义,因为轧制成型的型材已经损失了部分深冲压性能和塑性延展性能。无数次的变形加工性能,是以强度的损失为代价的。

尽管在这种合金钢的冶炼过程中有着相当的难度,但是杜塞尔多夫的科学家们仍然坚信:这种新型的HSD高强度、高韧性合金钢有着很好的应用前景,其生产费用也比较合理,只是在回收再利用方面性能不如昂贵的铝合金。这让可以减轻汽车重量的新型合金钢材,在环保方面处于了劣势。

现在,法国Lothringen市的Arcelor钢铁生产厂已经生产出了一种新型的高强度、高韧性的钢材。而在德国,利用HSD钢板制造的汽车估计可在2009年至2010年期间投放市场。

 

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