汽車車身用材料概述

轎車車身是轎車的重要組成部分，由它構成了成員的乘座空間和乘乘座環境，其外表展示了整車的造型藝術和整車的特徵。因此，車身材料既要滿足車身設計、生產（製造）、裝配、維護方面的要求；還要滿足使用、安全等方面的要求，即滿足強度、剛度、耐腐蝕、拉延性以及可焊接，易加工成型等方面的要求，所以轎車車身用材料種類較多。

車身用材料大致可分為二大類：

金屬材料：鋼板、鑄鐵等重金屬材料；鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料、泡沫金屬等材料

非金屬材料：工程塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠、非金屬泡沫材料、非金屬複合材料等

轎車車身材料的使用分類：

1、鋼板：熱/冷軋鋼板、表面處理（鍍覆）鋼板、不鏽鋼板、高強度鋼板等

2、輕金屬材料：鋁板、鋁合金、鎂合金、鈦合金等

3、複合材料：玻璃纖維增強材料(GFRP)、碳纖維增強材料(GFRP)等

4、非金屬材料：玻璃、塑料、橡膠、皮革、人造革、化學纖維等

5、襯墊材料：皮革、紙板、軟木、石棉、人造革、泡沫塑料等

6、塗裝材料：（構成：油料、樹脂、顏料、稀釋劑、輔助材料）底漆、面漆、膩子、輔助材料等

7、內飾材料：各類織物、皮革，軟質材料，塑料等

8、膠粘劑：密封膠、粘接劑等

一、轎車車身用鋼板

鋼板的主要性質有：可塑性、彈性、加工硬化等

熱軋軟鋼板：含碳量一般在0.15％以下，硬度低、抗拉強度不高。主要用於擋泥板、地板、行李箱鉸鏈、保險槓等。

冷軋軟鋼板：相比熱軋軟鋼板加工性能好，且表面美觀。如Q215、碳鋼和低合金結構鋼冷扎鋼板、10F、08F、優質碳素結構鋼冷軋薄鋼板等，用於車身外板、零件的外殼、車頂板、行李箱蓋、發動機罩、車門內外板、保險槓、擋泥板等。

高強度鋼板：抗拉強度相當高，具有很強的抗破壞能力。用於車身外板、翼子板等。

表面處理鋼：鍍鋅鋼板、鋅粉漆塗裝鋼板等，防腐蝕性能好。用於車門、車頂內襯板、下護板、車身底部等。

汽車車身用鋼（3類）：

汽車車身外板用鋼：

汽車車身外板用鋼主要用於製造前、後、左、右車門外板、發動機罩外板、行李箱蓋外板等零件。汽車車身外板應具很好的成形性,抗腐蝕性和抗凹性以及良好的點焊性,汽車車身外板多用鍍層板,以滿足汽車外板4 年運行無鏽斑的防腐要求(最近歐洲提出了防腐性更高的要求,即外板的防腐性能與汽車同壽命) ,為了提高抗凹性,汽車外板的鋼板多用BH 鋼(烘烤硬化鋼) , IF 增磷鋼以及高成形性的冷軋退火雙相鋼(如DP30260 等) ,以減薄厚度,保證抗凹性;塗層板多用熱鍍鋅板、熱鍍鋅鐵板、電鍍鋅板以及電鍍鋅- Ni 板等,用合金鍍層板的目的是減薄鍍層厚度,提高結合力,改善點焊性,減少焊接車間鋅汙染。

汽車車身內板用鋼( 四門兩蓋的內板用鋼)：

汽車車身內板零件比外板形狀更為複雜,要求車身內板用鋼應具有更高的成形性和深衝性能,因此車身內板多用衝壓成形性和深衝性能優良的IF鋼,少量用IF - 增磷鋼;其鍍層要求與外板類同,熱鍍Zn2Fe 板或電鍍Zn2Ni 板;由於合金鍍層較薄,為防止運輸或衝壓時對鍍層的損傷,通常在鍍層板的表面再塗一層有機薄膜,既保護鍍層,又改善衝壓性能,並可減少衝壓摩擦和鍍層損傷,改善板材成形性。

汽車車身結構件用鋼—先進高強度鋼：

高強度鋼板的種類主要有：

加Si、Mn、P等固溶強化型；

加Nb、Ti、V等析出硬化型；

複合組織型、雙相型和回覆退火型等。

高強度鋼板的抗拉強度一般在600N/m㎡以上，其破壞強度為低碳鋼板的2～3倍。

車身結構件或者白車身(BIW) ,既和汽車碰撞安全有關,又和汽車輕量化密切相關;因此選材要求既有高強度,又有良好的塑性。先進高強度鋼(ad2vanced high st rength steel ,AHSS) 由於具有較好的應變分佈能力和較高的應變硬化特性,力學性能更加均勻,因而其回彈量的波動小;同時這類鋼具有更好的碰撞特性和更高的疲勞壽命;因此採用這類鋼具有更多的降低板厚、減薄規格的可能。

具體鋼種舉例（9種）：

1、超深衝IF 冷軋鋼板

在碳≤0. 008 %的超低碳鋼中, 加入足夠量的強碳、氮化合物形成元素鈦和鈮, 使鋼中的碳、氮原子完全被固定成碳、氮化合物( Ti (C、N) ,Nb(C、N)) ,鋼中無間隙原子存在,這種鋼稱為“無間隙原子鋼”,即Interstitial Free Steel ,縮寫成IF 鋼。

工業生產超低碳IF 鋼, 若不經過鈦或鈮微合金化處理,其(111)退火織構不強, r 值不高,因為微合金化處理是為了消除固溶體中的碳、氮間隙原子,得到純淨的鐵素體基體。鋼中加入鈦和鈮的量, 要使鋼中的C、N原子被完全固定, 而純淨的鐵素體中無間隙原子存在,這就是IF 鋼的冶金學基礎。

在IF 鋼中, 根據添加微合金元素不同, 可將IF鋼分為Ti - IF 鋼、Nb - IF 鋼和( Ti + Nb) - IF 鋼三類。我國開發的IF 鋼主要是Ti - IF 鋼(St16) 和(Ti +Nb) - IF 鋼(BIF3、相當於St17) 。

IF鋼的性能受化學成分、鋼坯加熱溫度、終軋溫度、卷取溫度、冷軋壓下量和退火溫度等參數的影響。但最終熱軋板卷應獲得細小的鐵素體組織和粗大的析出物，如碳、氮化合物。 因為粗大的析出物有降低再結晶溫度的作用和有利於r 值和塑性的提高。IF 鋼再退火過程中，要完成鐵素體再結晶和晶粒長大以及發展再結晶結構#高的退火溫度有利於{111}織構的發展和晶粒粗化。

鋼板的力學性能：屈服強度在127～190MPa 波動, 波動範圍較大,但其平均值為137～149 MPa ,即在150MPa 以內, 屈服強度不高; 抗拉強度在275～320 MPa 波動,平均值為286 ～301 MPa ,比較適中;伸長率在40 %～52 %波動, 平均值43. 1 %～46. 6 % , 均值可達St 17 冷軋鋼板的水平。

2、冷軋高強度鋼板

深衝冷軋高強度鋼板主要用磷強化，這是由於磷的強化能力很強，約為硅的7倍，錳的10倍。鋼中加入0.1％的磷和加入0.7％的硅或1.0％錳，其強化效果是等同的，這可節約大量的合金元素，既降低了鋼的生產成本，又不會因鋼中加入多量的合金元素（Si或Mn）而降低鋼板的塑性。

強化原理：磷屬於置換固溶強化，當磷原子置換鐵原子時#在磷原子周圍產生彈性形變，引起晶格位移，從而使鋼強化。磷在鋼中的冷脆性常被人們關注。只要鋼中磷含量≤0.12％，其對鋼的冷脆性影響就很小。 還應當指出，隨著鋼中含碳量增加，磷的冷脆性傾向加大，一般深衝高強度鋼板均用低碳或超低碳生產。

3、冷軋烘烤硬化鋼板

薄板在衝壓成形前具有較低的屈服強度，經衝壓成形或預拉延變形後，隨即進行烘烤（約170℃）或高溫處理，薄板的屈服強度得到一定程度的提高，這種薄板稱烘烤硬化鋼板（簡稱BH鋼板）。

含有間隙固溶原子C、N的退火狀態薄板，經變形後， 導致基體內位錯密度增加，C、N原子向位錯擴散的距離縮短，隨著高溫時效處理（或烤漆溫度處理），提高了C、N原子擴散的熱激活能，促使其向位錯的擴散加快。C、N原子在位錯處聚集，釘軋位錯，此時薄板再變形需要更高的屈服應力。 薄板呈現烘烤硬化值，用BH表示。

薄板的烘烤硬化值（BH值）主要依賴於鋼中固溶原子C，隨著固溶C量增加，BH值提高。為防止薄板在較短時間內（3個月）出現時效傾向，應控制鋼中固溶C量，一般為，這時可獲得

4、相變誘導塑性鋼

將0.10％～0.40％C、1.0％～2.0％Si和1.0％～2.0％Mn，加熱到（α+γ）兩相區，保持一定時間，以某一速度冷卻到鋼的貝氏體轉變溫度保溫，最後得到鐵素體+貝氏體+（10％～20％）殘餘奧氏體的複合組織。當鋼板經冷加工成形時，誘發殘餘奧氏體向馬氏體轉變，呈現高強度和高塑性。

5、冷軋雙相鋼板

隨著強度的增加，鋼板伸長率下降，要獲得強度高，塑性好的鋼板，最理想的組織應為鐵素體（高塑性）+馬氏體（高強度）。要求馬氏體不破壞衝壓時的基本組織（鐵素體）變形的連續性，馬氏體應為島狀，這種鐵素體+馬氏體鋼稱為雙相鋼。

它具有以下優點：

a、屈服點低，抗拉強度高，屈強比低。

b、無屈服點伸長或是屈服伸長"應力應變曲線平滑。

c、伸長率高。

d、初始加工硬化率高，加工強化性能高。

e、抗疲勞性能好。

冷軋雙相鋼（相變強化）可獲得高強度和良好的塑性，冷軋雙相鋼具有高抗疲勞性、抗碰撞吸收能、好的抗凹陷性能和安全性，被汽車界所關注，有可能成為汽車特別是轎車首選的冷軋高強度鋼板。

6、表面處理鋼板（可與高強度鋼板結合）

（1）熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板；（2）合金化熱鍍鋅鋼板(簡記為GA 鋼板)；（3）Zn - Ni 合金電鍍鋼板；（4）雙層Zn - Fe 合金電鍍鋼板；（5）薄膜有機複合鋼板；

統計表明，熱鍍鋅鋼板生產的汽車的腐蝕率、故障率僅為普通鋼板生產汽車的1/3。隨著汽車使用期的延長更加明顯。目前，中國轎車車身全部採用鍍鋅鋼板的有上海通用別克、上海大眾

帕薩特、一汽-大眾Audi

A6和一汽轎車M6等。但目前生產量大的上海

桑塔納和一汽

捷達，其車身用鍍鋅鋼板每車只有約20～25Kg。

7、減振複合鋼板

減振複合鋼板是在上下2層鋼板之間夾著1層厚度約0.05mm的高分子阻尼材料，把金屬材料和高分子材料的特性有機地結合起來。因此，減振複合鋼板既具有金屬材料的強度、塑性、可焊性和冷加工成型性，又具有高分子材料的阻尼特性。

減小汽車振動、降低噪聲、增加乘坐的舒適性，在汽車發動機和變速器周圍的衝壓件常採用減振複合鋼板製造，如發動機油底殼、氣缸罩蓋、變速器正時齒輪蓋板、齒輪室罩蓋和駕駛室前圍板等。如果將減振複合鋼板中間高分子阻尼材料由0.05mm增加到整板厚度的1/3～1/2，這種鋼板既具有優異的減振性能，又可在不降低零件剛度的條件下大幅度減輕汽車質量。

8、熱軋酸洗鋼板

熱軋鋼板生產流程短，成本低，鋼板有較高的強度和較好的伸長率，主要用來製造汽車車架、車輪、車廂及底盤和結構件。這種鋼板經鹽酸酸洗、在線平整和塗油，鋼板表面光潔平整，尺寸精度高，稱熱軋酸洗鋼板。可用它代替部分冷軋鋼板生產結構件和深衝件，以降低汽車成本。