CN106282776A - 一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料‑‑BZL550轻质高强钛微合金钢及其加工方法，其特征在于质量百分比：C0.06％‑0.08％、Si0.005％‑0.015％、Mn1.22‑1.2、P0.017％‑0.019％、S0.001％‑0.003％、Ale.0.033％‑0.035％、Ti0.01‑0.03％、Te98.5％‑98.7％；本发明的优点：明显提升了新能源电动客车车身框架管的质量，其屈服强度达到460Mpa以上、抗拉强度达到600Mpa以上、延伸率达到26％以上，相比Q235材质强度提高了1倍左右；车身减重达到28％以上。

Description

一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料及其加工方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料(BZL550)及其加工方法。
背景技术
节能减排和绿色环保成为当今世界经济持续发展的重要取向。作为能源消耗和排放大户的汽车工业要想实现可持续发展必须降低燃油消耗，减少污染排放，汽车工业实现节能减排目标的关键措施之一是汽车轻量化。轻量化对于新能源电动客车的发展更具有十分重要的经济社会价值。据统计，汽车每减轻10％，燃料节省6-8％，排放下降4％，并且动力性能明显提高。
汽车轻量化主要由车身、发动机和底盘三部分构成，而汽车框架管材料作为汽车车身的主要装备材料，它的轻量化程度直接关系到新能源电动汽车的综合性能。汽车车身框架管的轻量化关键是选择新材料来替代现有普遍使用的Q235、Q345碳钢材料。从目前市场正在开发试用的新材料有高强钢、铝合金、镁合金、复合材料和工程塑料等五大类，其中：Q460等高强钢，碰撞性能强，加工工艺成熟，成本优势明显，但减重效果不如其他材料；铝及铝合金生产工艺比较成熟，但承载力、力学性能等与钢相比仍有差距；镁的密度低、质量轻，但造价高，全生命周期的时候碳排放较高；塑料制品质量轻、加工性能良好，但在回收处理过程中存在环境污染问题，限制了其使用范围；碳纤维材料轻量化效果最好，但是价格昂贵，加工使用技术、设备难度大，广泛应用难度大。因此，技术和成本成为制约汽车车身包括汽车整体轻量化新材料应用的最大问题，也是困扰我国新材料和汽车行业多年发展的难题。
因此，开发轻质、高强、低成本合金钢直缝焊管新材料及其成品，成为新能源电动客车乃至所有汽车车身实现轻量化的当务之急和关键所在。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料(BZL550)及其加工方法，质量百分比：C0.06％-0.08％、Si0.005％-0.015％、Mn1.22-1.25％、P0.017％-0.019、S0.001％-0.003％、Ale0.033％-0.035％、Ti0.01-0.03％、Te98.5％-98.7％。
一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料的加工方法，步骤如下：
(1)采用新的分切刀具和操作工艺，按照车身框架(矩形)管的规格进行分条；
(2)采用高分子树脂砂磨料及其专用加工设备，对高强低合金钢钢带进行表面处理，去除钢带表面氧化皮、锈斑和杂质；
(3)对进料切头改用钛合金刀具，确保这种高强钢的切头质量和速度；
(4)对铬12的轧辊、模具增加钛涂层，以提高其耐磨、耐压的性能，适应这种高强钢变形和整形的需要；
(5)适当降低高强钢带变形和整形速度，弱化BZL550轻质高强钛微合金钢表面加工硬化；
(6)提高高频焊的温度1460℃以上；
(7)改换钨钢合金焊渣刨刀，确保焊缝表面无砂眼、无焊斑、无搭接等；
(8)增加矫直辊的禁锢度5％。
本发明的优点：明显提升了新能源电动客车车身框架管的质量，其屈服强度达到460Mpa以上、抗拉强度达到600Mpa以上、延伸率达到26％以上，相比Q235材质强度提高了1倍左右；车身减重达到28％以上，进一步对车身框架管结构设计进行优化，车身减重效果将达到40％；按照每减重10％、汽车燃油率降低6-8％、排放减少4％计算，可以降低燃油率30％左右、排放减少16％左右；同时安全性能、动力性能同步提升；企业经济效益和社会效益明显增加。
具体实施方式
一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料，其质量百分比：C0.07％，Si0.01％，Mn1.22-1.25％，P0.018％，S0.002％，Ale0.034％，Ti0.01-0.03％，Te98.6％。
金属钛对于合金钢的强度提升和轻量化效果至关重要。钛与钢液中的碳C反应形成大量细小、弥散分布的TiC质点，可以细化奥氏体枝晶，改善共晶碳化物的形态与分布，故在成分设计中，将钛含量控制在0.01-0.03％，直接加入钢液中。但是钛含量过少不利于使基体产生足够的结晶核心质点和共晶化合物来细化碳化物；过多则使钢液的流动性和充型能力降低，不利于提高工件致密性，对耐磨性能有负面影响，所以在成分设计中控制钛的上限为0.03％。
碳C对增强材质的耐磨的组织和性能起到重要作用，它既能固溶强化，又能够增强碳化物的相，还能促使马氏体转变，提高材料的淬硬型；但碳C不能含量太多，否则会增加材料脆性，太少会使材料耐磨性降低，本材料中控制碳C在0.07％。
一种新能源电动客车车身轻量化焊管BZL550轻质高强钛微合金直缝焊管的加工方法，步骤如下：
(1)采用新的分切刀具和操作工艺，按照车身框架(矩形)管的规格进行分条；
(2)采用高分子树脂砂磨料及其专用加工设备，对高强低合金钢钢带进行表面处理，去除钢带表面氧化皮、锈斑和杂质；
(3)对进料切头改用钛合金刀具，确保这种高强钢的切头质量和速度；
(4)对铬12的轧辊、模具增加钛涂层，以提高其耐磨、耐压的性能，适应这种高强钢变形和整形的需要；
(5)降低高强钢带变形和整形速度为30米/分以下，弱化BZL550轻质高强钛微合金钢表面加工硬化；
(6)高频焊焊接速度降至30米/分；
(7)改换钨钢合金的焊渣刨刀，确保焊缝无砂眼、无焊斑、无搭接等；
(8)矫直辊的禁锢度增加5％。
实验对比1：
通过实验BZL550材料对比显示：BZL550轻质高强钛微合金钢性能与Q235普碳钢材料进行对比，明显优于Q235普碳钢材料，实现材料的轻量化替代技术上是可行的、材料性能上有保证。
材料静态拉伸测试BZL550轻质高强钛微合金钢与Q235相比：总体抗拉强度提升15.5％、比吸能提升25％，减重28％左右，屈服强度提升17.6-29.9％、抗拉强度提升16.2-25％、断后延长率相提升25％。
实验对比2：
通过实验BZL550材料对比显示：轻质高强度微合金钛钢材料制作的主要应用于客车框架的4种规格的方管、分别为50mm×40mm×1.5mm、40mm×40mm×1.5mm、40mm×40mm×1.2mm和40mm×30mm×1.2mm，从成型方管样件上截取试样，取长度150mm方管进行轴向压缩试验和取长度500mm方管进行三点弯曲试验，结合前期材料试验的报告，对比新材料-轻质高强钛微合金钢和原结构材料Q235-普碳钢的力学性能差异，
试验结果表明：针对三点弯曲峰值载荷参数，3种规格方管(50mm×40mm×2.0mm、40mm×40mm×2.0mm和40mm×30mm×2.0mm)，新材料BZL550都显示出较Q235良好的结构承载特性，结构承载能力提升21.2％-42.4％。要实现BZL500在客车框架中的材料替换，相同规格下，替换厚度为2mm的原结构材料Q235，新材料BZL550结构厚度应介于1.5mm-2mm之间。针对不同加载位移下，三点弯曲吸收能量参数，3种规格方管(50mm×40mm×2.0mm、40mm×40mm×2.0mm和40mm×30mm×2.0mm)，新材料BZL550都显示出较Q235良好的吸能特性，加载5-70mm结构吸收能量提升12.5％-60.6％.
针对相同规格、相同厚度的方管结构，新材料BZL550轴向压缩&三点弯曲的承载能力及吸能特性均优于Q235，BZL550较Q235轴向压缩承载能力平均提升30.5％-41.7％，三点弯曲承载能力平均提升21.2％-42.4％；BZL550较Q235轴向压缩加载45mm吸收总能量提升26.9％-46.8％，三点弯曲加载70mm吸收总能量提升31.4％-60.6％。从结构层面分析，针对相同规格尺寸的方管结构，采用新材料BZL550替换Q235在不增加重量的前提下，可实现结构性能的提升，即承载能力和吸能特性显著提升。或者保持原有车型Q235管材结构相同的承载特性，可选用较薄的新材料BZL550(1.5mm<厚度<2mm)替换Q235(厚度为2mm)实现有效减重。考虑到现有客车框架偏重，结构性能设计可能偏保守，所以如果采用小于或等于1.5mm的新材料BZL550替换原车Q235，在单根简单管材结构测试上虽然偏弱，但在整车结构上是存在满足整车性能(弯曲，扭转，转弯，制动，模态，侧翻)的可能性的。具体需要结合客车企业要求，进一步开展整车CAE分析。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料及其加工方法，其材料特征在于质量百分比：C0.06％-0.08％、Si0.005％-0.015％、Mn1.22-1.25％、P0.017％-0.019％、S0.001％-0.003％、Ale0.033％-0.035％、Ti0.01-0.03％、Te98.5％-98.7％。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料，其特征在于材料优选质量百分比：C0.07％，Si0.01％，Mn1.22-1.25％，P0.018％，S0.002％，Ale0.034％，Ti0.01-0.03％，Te98.6％。
3.一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料的加工方法，其特征在于步骤如下：
(1)采用新的分切刀具和操作工艺，按照车身框架(矩形)管的规格进行分条；
(2)采用高分子树脂砂磨料及其专用加工设备，对高强低合金钢钢带进行表面处理，去除钢带表面氧化皮、锈斑和杂质；
(3)对进料切头改用硬度高的刀具，确保这种高强钢的切头质量和速度；
(4)对铬12的轧辊、模具增加钛涂层，以提高其耐磨、耐压的性能，适应这种高强钢变形和整形的需要；
(5)适当降低高强钢带变形和整形速度，弱化BZL550轻质高强钛微合金钢带的表面加工硬化；
(6)将高频焊的温度提高到1460℃以上；
(7)改换高强度的焊缝焊渣刨刀，确保焊缝表面无砂眼、无焊斑、无搭接等；
(8)为避免薄壁焊管的弯曲度增大，适当增加矫直辊的禁锢度。
4.根据权利要求4所述的一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料(BZL550)的加工方法，其特征在于：所述步骤(3)中选用钨钢合金刀具。
5.根据权利要求4所述的一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料的加工方法，其特征在于：所述步骤(5)通过调节进料速度由40米/分降低为30米/分以下，来降低高强钢带变形和整形速度。
6.根据权利要求4所述的一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料的加工方法，其特征在于：所述步骤(6)将高频焊的温度提高到1460℃以上。
7.根据权利要求4所述的一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料的加工方法，其特征在于：所述步骤(7)中焊缝无砂眼、无焊斑、无搭接等。
8.根据权利要求4所述的一种新能源电动客车车身轻量化焊管材料(BZL550)的加工方法，其特征在于：所述步骤(8)中通过何种方式来增加禁锢度5％以上。
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