某車型車身材料應用分析

張南 ，劉仁東 ，林利 ，李蕭彤 ，胡洪旭 ，蘇洪英

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

汽車材料的研發和使用性能的應用研究水平,是汽車工業發展的核心競爭力之一[1]。汽車零部件種類繁多，結構差別較大，零件功能各異，因此，其對材料的性能要求不同。根據車身不同部位零部件的特點進行差異化合理選材，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、低排放和降低生產成本等要求,是優化車身設計的重要途徑之一。

隨著汽車工業的不斷發展，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重。車身零部件一般分為外板零件、內板零件和結構件。外板零件主要要求材料具有良好的抗凹性和整體剛性，內板零件主要要求剛性、大形變強度和持久強度，而結構件則對材料提出了較高的強度要求，應采用強度更高的鋼板[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車車身進行逆向拆解，對其零部件材料進行顯微組織分析、化學成分檢測、拉伸試驗和硬度測量，綜合以上各項實驗結果，對照相關材料標準，判定得出I車典型車身零部件鋼板材料牌號，并結合車身不同部位零部件的性能需求進行選材解析。

1 車身外板零件

汽車外板零件主要包括前后門外板、發動機蓋外板、行李箱蓋外板、頂蓋、翼子板、側圍外板等。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，其抗拉強度相較門外板可適當降低，但為保證良好的成形性，要求其具有較高的塑性應變比和伸長率（r≥1.4，δ≥36%）[2]。圍板類零部件對材料抗拉強度要求相對較低，但需要板材具有良好的成形性，故側圍外板采用DC06低碳鋼。I車外板材料主要采用抗拉強度為340 MPa級的高強度鋼板，部分零件（如側圍）可適當降低強度要求。

2 車身內板零件

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

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

3 車身結構件

車身結構件的典型零件有地板、梁類結構件、AB柱和加強板等，對車身起到支撐和抗沖擊的作用，其種類繁多，功能多樣，是車身安全設計的基礎。車身結構件一般要求板材具有很高的強度，其設計理念要滿足兩個方面要求：一是汽車的前后部結構要盡可能多地吸收撞擊能量，在發生碰撞時，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，防止發動機艙內的部件過多地侵入乘員箱，以防乘員受到傷害[6]。I車典型車身結構件用材見表1。

表1 I車典型車身結構件用材

3.1 地板

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

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

3.2 梁類結構件

（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，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雜的激振和動載荷。尤其在汽車發生碰撞時，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。通常在縱梁設計時會預先設計一個薄弱區域，以引導縱梁在碰撞中產生壓潰式變形，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雙相高強鋼，該鋼種強度和剛度高，屈強比低，伸長率高，既可滿足橫、縱梁的強度和剛度要求，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，減輕車身局部的嚴重破壞，從而提高安全性。I車前、后防撞梁均采用抗拉強度270 MPa級的鋁合金，強度并不高。采用該材料，一方面因為鋁合金質輕，有利于汽車輕量化；另一方面可能是考慮到：若材料強度不高，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，更好地保護車身和駕乘人員安全。車門防撞梁的主要作用是吸收側面碰撞能量，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度。I車前、后門防撞梁均采用HF1500熱成形鋼，其具有極高的強度和延展性，機械安全性很高。

（3）上邊梁、頂蓋橫梁

上邊梁和頂蓋橫梁等結構件承擔著保護乘員艙的主要責任，要求材料具有很高的靜態力學性能、較好的成形性能和焊接性能，尤其要具有較高的動態力學性能、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高強復相鋼，較高的強度可以很好地滿足材料的安全性能需求。

3.3 A、B 柱

A、B柱是支撐車輛結構的主要部分，要求具有較高的強度。由于結構相對復雜，還要求材料具有較好的成形性。I車A柱內板采用HC340LA高強度低合金鋼。B柱由于起著支撐風窗和車頂的作用，強度要求更高，采用DP980。

3.4 加強板

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

4 結論

通過對某款B級轎車車身材料進行解析，得出如下車身選材規律：

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

（2）車身內板零件變形復雜，對總成剛性有增強作用，要求具有良好的成形性，強度和剛度稍高于外板。可采用抗拉強度340 MPa級的低碳鋼。

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