張南 ，劉仁東 ，林利 ，李蕭彤 ，胡洪旭 ，蘇洪英

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼集團(tuán)汽車鋼營銷（服務(wù)）中心，遼寧 鞍山114002）

汽車材料的研發(fā)和使用性能的應(yīng)用研究水平,是汽車工業(yè)發(fā)展的核心競爭力之一[1]。汽車零部件種類繁多，結(jié)構(gòu)差別較大，零件功能各異，因此，其對材料的性能要求不同。根據(jù)車身不同部位零部件的特點(diǎn)進(jìn)行差異化合理選材，不僅可以確保汽車的安全性和使用性，而且能滿足輕量化、低油耗、低排放和降低生產(chǎn)成本等要求,是優(yōu)化車身設(shè)計的重要途徑之一。

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對汽車用鋼板提出了越來越多的性能要求，其中包括足夠的強(qiáng)度、剛度以及良好的成形性、抗凹性、可焊性、耐蝕性、噴涂性、光潔度、平直度等[2]，各零部件對材料的性能要求有所側(cè)重。車身零部件一般分為外板零件、內(nèi)板零件和結(jié)構(gòu)件。外板零件主要要求材料具有良好的抗凹性和整體剛性，內(nèi)板零件主要要求剛性、大形變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，而結(jié)構(gòu)件則對材料提出了較高的強(qiáng)度要求，應(yīng)采用強(qiáng)度更高的鋼板[3]。通過對某車型（以下均用I車指代）車身材料的詳細(xì)解析，研究車身選材理念。

I車是一款B級轎車，對I車車身進(jìn)行逆向拆解，對其零部件材料進(jìn)行顯微組織分析、化學(xué)成分檢測、拉伸試驗和硬度測量，綜合以上各項實驗結(jié)果，對照相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)，判定得出I車典型車身零部件鋼板材料牌號，并結(jié)合車身不同部位零部件的性能需求進(jìn)行選材解析。

1 車身外板零件

汽車外板零件主要包括前后門外板、發(fā)動機(jī)蓋外板、行李箱蓋外板、頂蓋、翼子板、側(cè)圍外板等。外板零件一般尺寸較大，形狀相對簡單，個別零件外形復(fù)雜，成形難度較大。由于直接用于汽車外表面，故要求其具有較高的表面質(zhì)量、尺寸和形狀精度[4]。此類零件一般屬于淺拉延成形件，要求板材具有良好的沖壓成形性、形狀保持能力以及較高的抗凹性和耐蝕性[1]。

I車后門外板采用HC180B烘烤硬化鋼，此種材料在滿足門外板強(qiáng)度、剛度和抗凹性能要求的同時，其相對較高的伸長率使板材具有良好的成形性，而較低的屈服強(qiáng)度則可減少板材成形后的回彈。頂蓋采用DC04低碳鋼，由于頂蓋主要受橫向力，并且有頂蓋的骨架支撐，因此，其抗拉強(qiáng)度相較門外板可適當(dāng)降低，但為保證良好的成形性，要求其具有較高的塑性應(yīng)變比和伸長率（r≥1.4，δ≥36%）[2]。圍板類零部件對材料抗拉強(qiáng)度要求相對較低，但需要板材具有良好的成形性，故側(cè)圍外板采用DC06低碳鋼。I車外板材料主要采用抗拉強(qiáng)度為340 MPa級的高強(qiáng)度鋼板，部分零件（如側(cè)圍）可適當(dāng)降低強(qiáng)度要求。

2 車身內(nèi)板零件

汽車內(nèi)板零件主要包括前后門內(nèi)板、發(fā)動機(jī)蓋內(nèi)板、行李箱蓋內(nèi)板等。內(nèi)板一般與外板通過翻邊連接，并涂有減振和密封膠，主要起到增強(qiáng)框架的作用[5]。內(nèi)板零件變形復(fù)雜，通常采用脹形和深拉延相結(jié)合的成形工藝，對總成剛性有增強(qiáng)作用，多數(shù)沖有起加強(qiáng)作用的沖壓筋，又多沖窩穴和孔洞，以用于裝附件[1，5]。

I車后門內(nèi)板采用DC04低碳鋼，該種材料在保證強(qiáng)度和剛度的同時，其相對較高的伸長率有利于板材成形，較低的屈服強(qiáng)度則有助于獲得較大的成形安全區(qū)。內(nèi)板零件板材應(yīng)具有良好的成形性，強(qiáng)度和剛度要求稍高于外板，可采用抗拉強(qiáng)度340 MPa級的低碳鋼。

3 車身結(jié)構(gòu)件

車身結(jié)構(gòu)件的典型零件有地板、梁類結(jié)構(gòu)件、AB柱和加強(qiáng)板等，對車身起到支撐和抗沖擊的作用，其種類繁多，功能多樣，是車身安全設(shè)計的基礎(chǔ)。車身結(jié)構(gòu)件一般要求板材具有很高的強(qiáng)度，其設(shè)計理念要滿足兩個方面要求：一是汽車的前后部結(jié)構(gòu)要盡可能多地吸收撞擊能量，在發(fā)生碰撞時，最大限度地降低作用于乘員身上的力和加速度；二是要控制受壓部件的變形過程和形式，防止發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的部件過多地侵入乘員箱，以防乘員受到傷害[6]。I車典型車身結(jié)構(gòu)件用材見表1。

表1 I車典型車身結(jié)構(gòu)件用材

3.1 地板

地板類成形件承重較大，板材應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度。地板一般沖有較深的加強(qiáng)筋，尤其是中、后地板變形復(fù)雜，故要求板材具有良好的成形性。

I車中地板采用HC420LA高強(qiáng)度低合金鋼，后地板采用DC04低碳鋼，在保證成形性的同時，較高的強(qiáng)度和剛度可以很好地滿足地板的承重要求。

3.2 梁類結(jié)構(gòu)件

（1） 地板橫、縱梁

橫、縱梁是車身地板總成的重要組成部分，為很多功能零件提供安裝點(diǎn)，起到支承作用。同時，在車輛行駛過程中，此類零部件還要承受復(fù)雜的激振和動載荷。尤其在汽車發(fā)生碰撞時，作為主要吸能元件的縱梁可通過壓潰和彎曲變形吸收碰撞能量。通常在縱梁設(shè)計時會預(yù)先設(shè)計一個薄弱區(qū)域，以引導(dǎo)縱梁在碰撞中產(chǎn)生壓潰式變形，從而吸收更多能量[5]。由于上述特性，橫、縱梁對材料有很高的強(qiáng)度和剛度要求。

I車前縱梁、后地板下橫梁、中地板橫梁等大部分材料采用DP780雙相高強(qiáng)鋼，該鋼種強(qiáng)度和剛度高，屈強(qiáng)比低，伸長率高，既可滿足橫、縱梁的強(qiáng)度和剛度要求，又有利于成形。

（2） 防撞梁

防撞梁主要包括前、后防撞梁和車門防撞梁。前、后防撞梁主要起到吸能和傳力作用，可將任何形式的偏置和碰撞產(chǎn)生的能量盡可能均勻地分布到兩個縱梁和其他吸能部件上，減輕車身局部的嚴(yán)重破壞，從而提高安全性。I車前、后防撞梁均采用抗拉強(qiáng)度270 MPa級的鋁合金，強(qiáng)度并不高。采用該材料，一方面因為鋁合金質(zhì)輕，有利于汽車輕量化；另一方面可能是考慮到：若材料強(qiáng)度不高，防撞梁可以通過變形吸收更多的碰撞能量，從而減輕或避免對縱梁的損壞，更好地保護(hù)車身和駕乘人員安全。車門防撞梁的主要作用是吸收側(cè)面碰撞能量，減少駕駛艙變形，減小駕乘人員可能遭受到的外部撞擊力，從而提高安全性。一般要求材料具有很高的強(qiáng)度。I車前、后門防撞梁均采用HF1500熱成形鋼，其具有極高的強(qiáng)度和延展性，機(jī)械安全性很高。

（3）上邊梁、頂蓋橫梁

上邊梁和頂蓋橫梁等結(jié)構(gòu)件承擔(dān)著保護(hù)乘員艙的主要責(zé)任，要求材料具有很高的靜態(tài)力學(xué)性能、較好的成形性能和焊接性能，尤其要具有較高的動態(tài)力學(xué)性能、抗侵入性能和吸能能力[4]。

I車上邊梁采用了DP590和DP980，頂蓋前橫梁采用CP980高強(qiáng)復(fù)相鋼，較高的強(qiáng)度可以很好地滿足材料的安全性能需求。

3.3 A、B 柱

A、B柱是支撐車輛結(jié)構(gòu)的主要部分，要求具有較高的強(qiáng)度。由于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，還要求材料具有較好的成形性。I車A柱內(nèi)板采用HC340LA高強(qiáng)度低合金鋼。B柱由于起著支撐風(fēng)窗和車頂?shù)淖饔茫瑥?qiáng)度要求更高，采用DP980。

3.4 加強(qiáng)板

車身構(gòu)件多處增設(shè)加強(qiáng)板，可以起到分擔(dān)載荷，提高該部位剛度，以及吸振、減振的作用。一般需增設(shè)加強(qiáng)板的部件對強(qiáng)度要求較高，故加強(qiáng)板的強(qiáng)度也會隨之要求很高。I車前縱梁加強(qiáng)板、中通道上加強(qiáng)板、上邊梁加強(qiáng)板、門檻加強(qiáng)板等部件均采用HF1500熱成形鋼，前壁板內(nèi)加強(qiáng)板、門框上加強(qiáng)板、前縱梁內(nèi)加強(qiáng)板、地板縱梁內(nèi)加強(qiáng)板等均采用DP780高強(qiáng)鋼，A柱加強(qiáng)板、中通道加強(qiáng)板、中地板橫梁加強(qiáng)板等則采用DP590高強(qiáng)鋼。各類高強(qiáng)度的加強(qiáng)板有利于保證I車的安全性。

4 結(jié)論

通過對某款B級轎車車身材料進(jìn)行解析，得出如下車身選材規(guī)律：

（1）車身外板零件要求具有較高表面質(zhì)量、尺寸和形狀精度，其板材應(yīng)有良好的成形性，但對強(qiáng)度要求相對較低。可采用抗拉強(qiáng)度340 MPa級低碳鋼，部分零件（如側(cè)圍）可適當(dāng)降低強(qiáng)度要求。

（2）車身內(nèi)板零件變形復(fù)雜，對總成剛性有增強(qiáng)作用，要求具有良好的成形性，強(qiáng)度和剛度稍高于外板?？刹捎每估瓘?qiáng)度340 MPa級的低碳鋼。

（3）車身結(jié)構(gòu)件對車身起到支撐和抗沖擊的作用，通常對強(qiáng)度要求較高，一般采用抗拉強(qiáng)度340～1500MPa級高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼，鋼種類型主要有高強(qiáng)度低合金鋼、DP鋼和熱成形鋼等。