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| 汽車用無縫鋼管應(yīng)用研究 |
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發(fā)布者：管理員 發(fā)布時間：2014/7/23 閱讀：2248次 【字體：大 中 小】 |
無縫鋼管作為汽車生產(chǎn)中使用最重要的材料，在汽車行業(yè)起著至關(guān)重要的作用。可以說，無縫鋼管行業(yè)的發(fā)展促進了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新，而汽車發(fā)展的需求同時也促使無縫鋼管向高質(zhì)量、高性能方向發(fā)展。無縫鋼管企業(yè)和汽車行業(yè)所使用的汽車用鋼產(chǎn)品有許多種，汽車鋼可以用幾種不同的方式去分類。但從汽車生產(chǎn)商來看，汽車鋼的應(yīng)用更重要。討論一些典型汽車用鋼在應(yīng)用上的要求。
軋材：汽車用鋼主力
軋材是汽車用鋼中的最重要的種類，可能40%~60%的汽車用鋼都是通過軋制成形的鋼材，而這里主要想說的是商用車架構(gòu)鋼板。與傳統(tǒng)的16MnL相比，具有高強度的新材料的屈服強度增加，但重量減小。另一個問題是黑面鋼。我們都知道，大部分做汽車架構(gòu)所使用的熱軋鋼板必須進行酸洗，以除掉表面的氧化物涂層，但酸洗的過程中，可能使表面粗糙，且提高工藝成本。在歐洲和日本，一些無縫鋼管制造商將熱軋板的表面涂上一層Fe3O4，這類鋼受壓時表現(xiàn)良好，同時生產(chǎn)成本也較低。國內(nèi)無縫鋼管企業(yè)也在研制和開發(fā)，但效果還不理想，我們希望能夠得到該產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的供貨。
彈簧鋼：疲勞性能要求高
彈簧鋼主要用于懸架彈簧、氣門彈簧、穩(wěn)定桿支撐彈簧和變速箱等。
板簧。板簧主要用于重型車輛的懸架。由于對輕便性、舒適性和可靠性的要求，對板簧的淬透性、工作應(yīng)力和疲勞壽命都提出了新的挑戰(zhàn)。一汽的主要鋼材原料有60Si2MnA，55CrMnA和50CrVA。此外，我們還獨立開發(fā)了一些材料，比如50CrMnSiVNb和50CrMnMoVNb。隨著重型汽車的發(fā)展，板簧的負(fù)載要求逐步增加。一個彈簧片的厚度從13毫米增大到24mm甚至到50mm，因此良好的淬透性是必需的。對此，一汽又開發(fā)了一些新的材料，包括50CrMnVA和FAS3550，為輕量化板簧作出了巨大貢獻。
盤簧。盤簧被廣泛用于轎車和越野車，要求具有良好的抗疲勞性能和抗彈性衰減性能。盤簧材料主要是硅鉻系列鋼，通常需要熱定形。一汽的盤簧有多種材料，如60Si2MnA，50CrVA，50CrMnVA，50CrMnSiVNb和50CrMnMoVNb等。作為穩(wěn)定桿和變速箱的支撐彈簧，材質(zhì)有油淬回火彈簧鋼絲、低碳鋼絲、55CrSi等。其中大部分是由日本和韓國的公司生產(chǎn)，而中國的材料不能滿足性能需求。
扭桿彈簧。扭桿彈簧用于一些輕型車輛的懸掛系統(tǒng)，主要要求良好的抗疲勞性能。有兩種熱處理溫度不同的材料用于扭桿彈簧，一種材料是感應(yīng)淬火的碳鋼45鋼、40Cr鋼；另一種彈簧鋼需要淬火和回火，如60Si2MnA、50CrMnVA、50CrMnMoVNb和45CrNiMoVA等。
穩(wěn)定桿。穩(wěn)定桿是汽車轉(zhuǎn)彎時使車身保持穩(wěn)定的裝置，形狀通常比較復(fù)雜。穩(wěn)定桿分空心和實心兩種。中空的穩(wěn)定桿可以減少30％~40％的重量，已被用于重型車輛，空心穩(wěn)定桿的典型材料有30CrMoA、35CrMoA和35Mn2等。而60Si2MnA、40CrMnVA、55CrMnA和55CrSiA等常見材料用于實心穩(wěn)定桿。
硅鋼：機械性能是關(guān)鍵
硅鋼作為磁導(dǎo)材料，在驅(qū)動馬達上發(fā)揮了顯著的作用。它的重量占驅(qū)動電機總重量的一半以上，成本是總成本的40％。整個電力驅(qū)動馬達是由硅鋼電磁的性能決定的，驅(qū)動馬達的穩(wěn)定性深受硅鋼機械性能的影響。
應(yīng)用于汽車的驅(qū)動電動機與其他的驅(qū)動電機相比有其自身的特點。首先汽車的驅(qū)動電機需要的頻率高。在其他行業(yè)中，驅(qū)動電機的頻率通常為60~120Hz，而在汽車行業(yè)中驅(qū)動電機到1000Hz的頻率。第二，因為頻率高，汽車驅(qū)動馬達要在200℃左右的高溫下工作，這會影響材料的性能。最后，高工作頻率和高轉(zhuǎn)速（約12000RPM）決定了汽車電機必須要有良好的機械性能和疲勞性能。
世界上2/3的硅鋼是在中國生產(chǎn)的，而最先進的產(chǎn)品則是由日本新日鐵生產(chǎn)的。近年來，中國成為最大的硅鋼供應(yīng)商。但是，現(xiàn)在沒有標(biāo)準(zhǔn)的材料和測試技術(shù)，成為一汽和整個行業(yè)研究和開發(fā)的障礙。
我們認(rèn)為，電機的屬性應(yīng)該受到關(guān)注，比如硅鋼的磁性、厚度和永久磁特性。其次，我們必須解決在電機制造中的問題，包括成形性、可焊性和硅鋼熱處理。最后，電機在應(yīng)用程序中，硅鋼的機械性能（特別是抗疲勞性能）、物理參數(shù)和絕緣層需要更深入的討論。到目前為止，一汽已建立了硅鋼的一些標(biāo)準(zhǔn)和測試技術(shù)，并不斷從事著硅鋼開發(fā)、應(yīng)用和測試技術(shù)的研究。
同時，要共同努力解決以下幾個問題。首先，無縫鋼管企業(yè)生產(chǎn)用于汽車的電機硅鋼應(yīng)該具有較高的經(jīng)濟效率和可靠性并且環(huán)境友好。其次，我們應(yīng)該制定高溫和高頻下硅鋼的性能測試方法和標(biāo)準(zhǔn)。再其次，希望無縫鋼管公司可以共享設(shè)計的汽車電機的數(shù)據(jù)，或者合作研究。
非調(diào)質(zhì)鋼：高強度和延展性
2000年以后，一汽與東北特殊鋼集團有限責(zé)任公司合作，開發(fā)出斷裂分離連接桿FAS2271和FAS2237、前軸鋼FAS2225、曲軸FAS2239和低成本的非調(diào)質(zhì)鋼FAS2241。一汽為前軸還制定了FAS2340計劃。
非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展趨勢是提高強度和延展性。因此，在研究和推廣過程中，應(yīng)注意以下幾點：首先，非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用對汽車產(chǎn)業(yè)和無縫鋼管企業(yè)都有利，雙方應(yīng)該聯(lián)手不斷發(fā)展和傳播這種產(chǎn)品。其次，我們認(rèn)為應(yīng)著重開發(fā)具有高強度和高延展性的非調(diào)質(zhì)鋼。再其次，非調(diào)質(zhì)鋼的標(biāo)準(zhǔn)要不斷改進。最后，應(yīng)持續(xù)研究低成本的非調(diào)質(zhì)鋼。
螺栓：汽車行業(yè)用量大
如今，汽車行業(yè)是螺栓最大的消費市場，其需求是螺栓全部銷量的23.2％。中國螺栓的生產(chǎn)量是全球的25%左右，其中40％用于出口。中國已經(jīng)成為螺栓最大的生產(chǎn)國和出口國。據(jù)統(tǒng)計，一輛汽車或輕型車輛上大約有4000個螺栓，凈重50千克，而一個中型或重型車輛上大約有7500個螺栓，重90千克，其中4/5是高強度的螺栓。螺栓的成本占一個車輛的2.5％~3％，是零件總數(shù)的40％。
一汽大部分的螺栓是由吉林某緊固件公司提供的，他們使用的材料有一定的標(biāo)準(zhǔn)。比如，ML42CrMo（SCM440）鋼用于12.9級螺栓，ML35CrMoZ（SCM435）鋼用于10.9級螺栓，ML40Cr鋼用于8.8級螺栓。高強度材料用于螺栓的例子，就是中國標(biāo)準(zhǔn)中的ML35CrMo（GB/T6478-2001），在國際標(biāo)準(zhǔn)中被稱為34CrMo（ISO863.1）。此外，德國KAMAX公司和日本AoyomaSeisakusho公司也同時生產(chǎn)這種材料。作為發(fā)動機部件的高強度螺栓材料通常是進口的，從德國進口的型號通常是27MnB4、23MnB4、32CrB4和32CrMo4（DINEN10263-4）；從日本進口的型號通常是SCM435、SCM440（JISG4053），材料主要用于10.9級螺栓硼鋼。
2000年后，汽車和機械行業(yè)對于高耐壓和輕量化的需求促使螺栓強度改善。12.9級螺栓的應(yīng)用問題在世界各地的許多國家被廣泛研究并得以解決。一汽通過實際使用過程中遇到的問題，給鋼材供應(yīng)商提出一些建議。首先，螺栓鋼的質(zhì)量和可靠性有待提高。減少硫、磷元素含量以提高無縫鋼管純度，能夠提高鋼的延展性，繼而提高螺栓的可靠性和工作壽命。其次，無縫鋼管企業(yè)應(yīng)加強對產(chǎn)品品質(zhì)的完善，研發(fā)耐高溫的螺栓。
齒輪鋼：測試標(biāo)準(zhǔn)不斷建立
在一汽，齒輪鋼主要用于發(fā)動機、變速箱和車橋。一汽之前使用的是由蘇聯(lián)開發(fā)的鉻錳鈦系列齒輪鋼。20世紀(jì)90年代引進技術(shù)后，先后自主開發(fā)了一些新鋼種，包括錳鉻系列鋼、鉻鉬鋼系列鋼和鉻鎳鉬系列鋼。隨著齒輪鋼和齒輪加工設(shè)備的不斷提高，一汽的齒輪鋼已經(jīng)達到了ISO標(biāo)準(zhǔn)中ME強度等級。現(xiàn)在，一汽有22種齒輪鋼標(biāo)準(zhǔn)，其中7個通常使用于卡車，它們分別為20CrMnTiH、20CrMoH、22CrMoH、20CrNiMoH、SAE8620H、FAS3220H和FAS3420H。
在開發(fā)齒輪鋼的過程中，須進行大量實驗材料的性能測試，其中6項測試包括繪制CCT曲線和TTT曲線、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗、彎曲疲勞試驗、熱處理后的接觸疲勞試驗、變形實驗和基本特性實驗。齒輪鋼的質(zhì)量應(yīng)由鋼材供應(yīng)商嚴(yán)格控制，包括硬化能力和條帶狀結(jié)構(gòu)。一汽希望與無縫鋼管企業(yè)合作，制定齒輪鋼的帶狀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。
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