浅析汽车结构用钢

要制造一辆汽车，我们需要钢铁材料、有色金属、复合材料、玻璃、橡胶等许多不同的材料，但为何要单单来讲钢铁呢？因为钢铁材料在不同车型中占到了汽车自重的65%—85%，不论是汽车的外壳还是它的心脏，处处可见钢铁材料的身影。

汽车用钢主要分为两类：一种是汽车车身用钢，它构成了汽车的外壳和骨架；一种是汽车用合金结构钢，它是构成汽车发动机、传动系统、悬架系统等的核心材料。接下来，我们为大家详细介绍。

一、汽车车身用钢

我们先来看汽车车身用钢。承载式车身，整个车身是一体的，钢铁组成了他的骨架，而发动机、传动系统、前后悬挂等部件都装配在这幅骨架上。下图是车身结构图。我们从外而内逐一分析。



1. 汽车车身外板用钢

汽车车身外板用钢主要用于制造前、后、左、右车门外板、发动机罩外板、行李箱盖外板等零件。它应具有很好的成形性、抗腐蚀性、抗凹性和良好的电焊性。汽车车身外板多用镀层板，以满足防腐要求，为了提高抗凹性，多用烘烤硬化钢、高强IF钢以及高成形性的冷轧退火双相钢（如DP450）。镀层板多用热镀锌板、热镀锌铁板、电镀锌板、电镀锌-镍板等。

2. 车身内板用钢

透过汽车外板，我们可以看到车身内板的零件形状更为复杂，这要求车身内板用钢应具有更高的成形性和深冲性能，因此车身内板多用冲压成形性和深冲性能优良的IF钢，少量用高强IF钢，其镀层要求与外板类同。

3. 汽车的车身结构件

再往里，我们可以看到汽车的车身结构件，如下图所示。它与汽车的安全和轻量化息息相关。因此选材需要既有高强度，又有高塑性。先进高强度钢（AHSS）由于具有较好的强塑性结合、良好的碰撞特性和更高的疲劳寿命，多被用在车身结构件上。比如它在前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位得到了广泛的应用，在发生撞击时，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。先进汽车高强度包括双相钢、马氏体钢、相变诱导塑性钢、复相钢、淬火延性钢。典型的力学性能见文末附表1所示。

二、汽车用合金结构钢

了解了汽车的外壳和骨架用钢，我们继续来了解下隐藏在车身内部的汽车用合金结构钢。主要包括：轴类用调质钢和非调质钢、齿轮用钢、各种弹簧用钢以及各类高强度标准件用钢。

1. 轴类用调质钢和非调质钢

在您爱车上，各种各样的轴可是大功臣。只要汽车开始运转，它们便承受很大的应力。前轴承受弯曲疲劳应力，曲轴承受弯曲和扭转复合应力，传动轴承受扭转疲劳应力，连杆承受非对称拉伸和压缩应力……为了让它们健康安全地工作，轴类用调质钢通常含有一定合金元素，既保证淬透性（一种确保零件截面各部分强度满足其零件的要求的能力），又提高冲击韧性。目前，曲轴用调质钢有40Cr、42CrMo等，汽车半轴常用S45C、SCM4、SCM6、SAE1045等，汽车连杆多用调质钢40Cr、S48C。非调质钢12Mn2VBS、35MnVN等也在转向节、发动机连杆中得到了广泛应用。






2. 齿轮用钢

齿轮也是汽车上重要的传递动力的构件，齿轮钢的性能要求为：高的压溃抗力和抗点蚀剥落能力；良好的耐冲击能力和弯冲能力；合适的淬透性和硬化层深度及心部硬度；良好的工艺性能及切削加工性；以及变形和尺寸稳定性。齿轮钢有SCM420、SCM822等Cr-Mo系列、Cr-Ni-Mo系列及Ni-Mo系列。

3. 弹簧用钢

弹簧在汽车上用量大、品种多，是一个基础结构件，主要用途为悬架用弹簧钢和气门弹簧钢，在轻型或重型货车中，弹簧悬架的用量一般为100-500kg。弹簧钢的性能要求为：高的弹性极限和松弛抗力，良好的淬透性和合适的淬硬性，高的断裂韧性和应变疲劳寿命，良好的冶金工艺性能和成形性，一定的耐磨性和抗蚀性。目前悬架弹簧用钢主要有：Si-Mn系、Mn-Cr系、Cr-V系、Mn-Cr-B等。

4. 各类高强度标准件用钢

近年来，高强度标准件在汽车应用也逐渐增多，铆螺用钢便是其中一种，它要求良好的工艺性能、切削加工性、强度性能、疲劳性能及高强度下的延迟断裂能力等，我国开发的ADF1便是用于制造14级高强度螺栓用钢。

看到这里，大家对汽车结构用钢一定有了初步的了解。一辆汽车上，不同的部位，不同的结构需要根据它的服役要求采用特定性能的钢种。有机会，欧冶学院将会带大家继续探秘这个神奇的汽车结构用钢世界。

附表1 先进汽车高强钢的典型力学性能

双相钢



马氏体钢



相变诱导塑性钢



复相钢



淬火延性钢