熱沖壓鋼板幫助汽車提高燃效及輕量化

近年來，為了減輕車身重量，熱沖壓鋼板在日本汽車中的應用越來越多。例如，2011年11月上市的本田輕型車“N BOX”，中柱（B柱）的加強件使用了熱沖壓鋼板，這是面向日本市場的本田汽車首次使用熱沖壓鋼板（圖1）。因此，車輛重量減少了2公斤。

圖1：輕型汽車“N BOX”是日本本田第一輛采用熱沖壓鋼板的汽車。中柱的加強件由熱沖壓鋼板制成。

除了N BOX，本田還在面向日本的其他本田汽車上廣泛使用熱沖壓鋼板。例如，2012年11月上市的輕型車“N-ONE”和2013年6月21日上市的新型混合動力車“雅閣混合動力車”。N-ONE的中柱加強件使用熱沖壓鋼板，雅閣混合動力車的中柱加固件和部分門檻梁使用熱沖壓鋼片，這有助于減少車輛返工（圖2）。

圖2：本田的新型混合動力汽車“雅閣混合動力汽車”，中柱的加強件和門檻梁的一部分由熱沖壓鋼板制成。

馬自達也是積極采用熱沖壓鋼板的汽車制造商之一。該公司于2012年2月推出的新型SUV（多用途運動車）CX-5的前后保險杠采用強度為1800MPa的熱壓鋼板（圖3）。在世界各地，汽車采用這種高強度熱壓鋼板是前所未有的。在熱沖壓鋼板的幫助下，CX-5的汽車重量減輕了4.5公斤。

圖3：馬自達的新款SUV“CX-5”，保險杠由1800MPa高強度熱壓鋼板制成。

進一步提高高強度鋼板的強度。

那么，什么是熱沖壓鋼板呢？畢竟，它是一種高強度鋼板。

熱壓鋼板與普通高壓鋼板在室溫下沖壓成型（冷沖壓）的區別在于，熱壓鋼板是在原材料加熱軟化的條件下沖壓成型的，成型品在模具中快速冷卻以提高強度。加熱材料使其軟化可以使其易于形成，并且高溫材料在沖壓后可以立即冷卻，因此淬火效果可以提高強度。提高鋼板的強度有助于減少薄板的厚度，從而減輕汽車的重量。

具有上述特征的熱沖壓鋼板以前曾用于歐美市場的汽車，但很少用于日本的汽車，因為這會導致更高的制造成本。然而，隨著燃油效率法規的日益嚴格，日本汽車越來越多地使用熱沖壓鋼板。

*與日本采購的產品相比，歐美采購的冷軋高壓鋼板在材料財產上有較大偏差。因此，即使調整模具，使第一批材料在沖壓過程中不會產生褶皺和裂紋，下一批材料仍會出現不合格等問題。這也是面向歐美的汽車率先采用熱沖壓鋼板的原因之一。

據報道，在2020年之前，汽車制造商將在2005-2006年將其二氧化碳排放量減少到60%左右。如果轉化為燃油效率，相當于提高了60-70%，這是非常困難的。為此，汽車制造商制定了分階段提高燃油效率的目標，將在2015年前后提高約30%，在2020年左右提高約30%。因此，為了盡可能減輕車輛重量，除了通過冷沖壓形成的常見高強度鋼板外，越來越多地使用熱沖壓鋼板。

那么，為什么要使用熱沖壓鋼板呢？原因是熱沖壓鋼板可以進一步提高鋼板的強度，而普通高強度鋼板的強度越來越難以提高。

為了防止碰撞能量傳遞到駕駛室，車身上的一些零件希望通過損壞前后框架等材料來吸收能量，而駕駛室周圍的一些零件即使受到碰撞也不想被損壞，以保護乘客。通常，前者采用低強度和中等強度的高強度鋼板，而后者采用高強度高強度鋼板*……

因此，如果我們想減輕駕駛室周圍的重量，我們必須進一步提高高強度和高張力鋼板的強度。

*低強度和中等強度的高強度鋼板可以拉伸到一定程度，因此它們可以在受損的同時吸收沖擊，因此它們被用于需要吸收沖擊的零件。但是，高強度、高張力的鋼板很難拉伸，即使損壞也不容易變形，所以它被用于預計不會變形的部分。

問題是，用于冷沖壓的普通高強度鋼板的強度越高，模具的成形和設計就越困難。也就是說，如果提高冷沖壓用高強度鋼板的強度，就會出現以下缺點：（1）沖壓過程中容易出現褶皺和裂紋；（2） 材料變硬，導致嚴重的模具損耗；

（3） 回彈6的增加使得模具設計更加困難。

*彈性：彈性是指物體在彎曲和擠壓后恢復到原始狀態的性質，彈性是一個描述恢復程度的量。

制造成本降低到與冷壓980MPa高強度鋼板相當的水平。

熱沖壓鋼板沒有這些缺點。也就是說，由于鋼板在加熱時被壓制成型，使其變紅變軟，因此在壓制成型過程中不容易出現裂紋和褶皺，并且模具上的負載也很小。此外，鋼板在沖壓過程中的應變在鋼板溫度升高后很容易消除，因此很難回彈。而且，沖壓后，材料在模具中快速冷卻，具有淬火的效果，可以使鋼板的結構硬化，提高強度。總之，熱沖壓鋼板是一種“高強度、易成型的高強度鋼板”。

例如，本田公司用于N型箱中柱加強件的熱沖壓鋼板在加工前的強度約為590MPa，在沖壓過程中通過加熱軟化至相當于270MPa級鋼板的強度，沖壓后通過淬火效應將強度提高至1500MPa左右。

當然，熱沖壓鋼板也有缺點。首先，與冷沖壓不同，熱沖壓需要一定的時間來冷卻模具中的鋼板。因此，與冷沖壓相比，生產效率降低。其次，在從模具中取出多余零件（修邊）后，在沖孔時，需要能夠進行高硬度加工的激光加工設備。由于鋼板在淬火后會變硬，因此考慮到工具的磨損，很難進行切削加工。第三，需要加熱鋼板的設備。換句話說，不僅要花錢購買設備，而且生產效率相對較低，因此制造成本較高，這是熱沖壓鋼板的缺點。

當使用熱沖壓鋼板時，各種制造商已經設法降低了制造成本。例如，本田開發了三種新技術來降低成本。首先，找到了與原始技術相比可以將熱沖壓鋼板的加熱時間縮短40%的加熱條件（溫度和時間），并開發出了可以密切跟蹤這一條件的技術。該技術應用于加熱爐管理系統后，加熱爐的尺寸可以比以前的技術更小，從而減少了設備投資。

其次，已經開發出一種技術來大大縮短在模具中冷卻成型產品的時間。通過將水注入模具和成型產品之間的間隙，熱沖壓鋼板的成型周期增加到原始技術的四倍。第三，開發了一種“無激光加工的模具系統”。通過使用該技術，當鋼板沖壓后仍處于高溫柔軟狀態時，可以在模具中進行修邊和沖孔，因此不需要激光加工設備。利用這些技術，本田將熱壓鋼板的制造成本降低到與普通冷軋980MPa高壓鋼板相同的水平。近年來，為了減輕車身重量，熱沖壓鋼板在日本汽車中的應用越來越多。例如，2011年11月上市的本田輕型車“N BOX”，中柱（B柱）的加強件使用了熱沖壓鋼板，這是面向日本市場的本田汽車首次使用熱沖壓鋼板（圖1）。因此，車輛重量減少了2公斤。

圖1：輕型汽車“N BOX”是日本本田第一輛采用熱沖壓鋼板的汽車。中柱的加強件由熱沖壓鋼板制成。

除了N BOX，本田還在面向日本的其他本田汽車上廣泛使用熱沖壓鋼板。例如，2012年11月上市的輕型車“N-ONE”和2013年6月21日上市的新型混合動力車“雅閣混合動力車”。N-ONE的中柱加強件使用熱沖壓鋼板，雅閣混合動力車的中柱加固件和部分門檻梁使用熱沖壓鋼片，這有助于減少車輛返工（圖2）。

圖2：本田新款混合動力車“雅閣混合動力車”，中柱和p型加強件……

門檻梁的t由熱沖壓鋼板制成。

馬自達也是積極采用熱沖壓鋼板的汽車制造商之一。該公司于2012年2月推出的新型SUV（多用途運動車）CX-5的前后保險杠采用強度為1800MPa的熱壓鋼板（圖3）。在世界各地，汽車采用這種高強度熱壓鋼板是前所未有的。在熱沖壓鋼板的幫助下，CX-5的汽車重量減輕了4.5公斤。

圖3：馬自達的新款SUV“CX-5”，保險杠由1800MPa高強度熱壓鋼板制成。

進一步提高高強度鋼板的強度。

那么，什么是熱沖壓鋼板呢？畢竟，它是一種高強度鋼板。

熱壓鋼板與普通高壓鋼板在室溫下沖壓成型（冷沖壓）的區別在于，熱壓鋼板是在原材料加熱軟化的條件下沖壓成型的，成型品在模具中快速冷卻以提高強度。加熱材料使其軟化可以使其易于形成，并且高溫材料在沖壓后可以立即冷卻，因此淬火效果可以提高強度。提高鋼板的強度有助于減少薄板的厚度，從而減輕汽車的重量。

具有上述特征的熱沖壓鋼板以前曾用于歐美市場的汽車，但很少用于日本的汽車，因為這會導致更高的制造成本。然而，隨著燃油效率法規的日益嚴格，日本汽車越來越多地使用熱沖壓鋼板。

*與日本采購的產品相比，歐美采購的冷軋高壓鋼板在材料財產上有較大偏差。因此，即使調整模具，使第一批材料在沖壓過程中不會產生褶皺和裂紋，下一批材料仍會出現不合格等問題。這也是面向歐美的汽車率先采用熱沖壓鋼板的原因之一。

據報道，在2020年之前，汽車制造商將在2005-2006年將其二氧化碳排放量減少到60%左右。如果轉化為燃油效率，相當于提高了60-70%，這是非常困難的。為此，汽車制造商制定了分階段提高燃油效率的目標，將在2015年前后提高約30%，在2020年左右提高約30%。因此，為了盡可能減輕車輛重量，除了通過冷沖壓形成的常見高強度鋼板外，越來越多地使用熱沖壓鋼板。

那么，為什么要使用熱沖壓鋼板呢？原因是熱沖壓鋼板可以進一步提高鋼板的強度，而普通高強度鋼板的強度越來越難以提高。

為了防止碰撞能量傳遞到駕駛室，車身上的一些零件希望通過損壞前后框架等材料來吸收能量，而駕駛室周圍的一些零件即使受到碰撞也不想被損壞，以保護乘客。通常，前者采用低強度和中等強度的高強度鋼板，而后者采用高強度高強度鋼板*。因此，如果我們想減輕駕駛室周圍的重量，就必須進一步提高高強度和高張力鋼板的強度。

*低強度和中等強度的高強度鋼板可以拉伸到一定程度，因此它們可以在受損的同時吸收沖擊，因此它們被用于需要吸收沖擊的零件。但是，高強度、高張力的鋼板很難拉伸，即使損壞也不容易變形，所以它被用于預計不會變形的部分。

問題是，用于冷沖壓的普通高強度鋼板的強度越高，模具的成形和設計就越困難。也就是說，如果提高冷沖壓用高強度鋼板的強度，就會出現以下缺點：（1）沖壓過程中容易出現褶皺和裂紋；（2） 材料變硬，導致嚴重的模具損耗；

（3） 回彈6的增加使得模具設計更加困難。

*彈性：彈性是指物體在彎曲和擠壓后恢復到原始狀態的性質，彈性是一個描述恢復程度的量。

制造成本降低到與冷壓980MPa高強度鋼板相當的水平。

熱沖壓鋼板沒有這些缺點。也就是說，由于鋼板在加熱時被壓制成型，使其變紅變軟，因此在壓制成型過程中不容易出現裂紋和褶皺，并且模具上的負載也很小。此外，鋼板在沖壓過程中的應變在鋼板溫度升高后很容易消除，因此很難回彈。而且，沖壓后，材料在模具中快速冷卻，具有淬火的效果，可以使鋼板的結構硬化，提高強度。總之，熱沖壓鋼板是一種“高強度、易成型的高強度鋼板”。

例如，本田公司用于N型箱中柱加強件的熱沖壓鋼板在加工前的強度約為590MPa，在沖壓過程中通過加熱軟化至相當于270MPa級鋼板的強度，沖壓后通過淬火效應將強度提高至1500MPa左右。

當然，熱沖壓鋼板也有缺點。首先，與冷沖壓不同，熱沖壓需要一定的時間來冷卻模具中的鋼板。因此，與冷沖壓相比，生產效率降低。其次，在從模具中取出多余零件（修邊）后，在沖孔時，需要能夠進行高硬度加工的激光加工設備。由于鋼板在淬火后會變硬，因此考慮到工具的磨損，很難進行切削加工。第三，需要加熱鋼板的設備。換句話說，不僅要花錢購買設備，而且生產效率相對較低，因此制造成本較高，這是熱沖壓鋼板的缺點。

當使用熱沖壓鋼板時，各種制造商已經設法降低了制造成本。例如，本田開發了三種新技術來降低成本。首先，找到了與原始技術相比可以將熱沖壓鋼板的加熱時間縮短40%的加熱條件（溫度和時間），并開發出了可以密切跟蹤這一條件的技術。該技術應用于加熱爐管理系統后，加熱爐的尺寸可以比以前的技術更小，從而減少了設備投資。

其次，已經開發出一種技術來大大縮短在模具中冷卻成型產品的時間。通過將水注入模具和成型產品之間的間隙，熱沖壓鋼板的成型周期增加到原始技術的四倍。第三，開發了一種“無激光加工的模具系統”。通過使用該技術，當鋼板沖壓后仍處于高溫柔軟狀態時，可以在模具中進行修邊和沖孔，因此不需要激光加工設備。利用這些技術，本田將熱壓鋼板的制造成本降低到與普通冷軋980MPa高壓鋼板相同的水平。

標簽：本田雅閣馬自達

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