CN108307629B

CN108307629B - B柱中心梁及制造方法

Info

Publication number: CN108307629B
Application number: CN201680069644.3A
Authority: CN
Inventors: S·马克斯杜兰
Original assignee: Autotech Engineering SL
Current assignee: Autotech Engineering SL
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: RU2018122064A; BR112018010480A2; US20190054958A1; JP6858183B2; KR102607041B1; CA3003217C; US10633031B2; BR112018010480A8; ES2767950T3; JP2019506323A; CA3003217A1; EP3390206B1; RU2018122064A3; CN108307629A; WO2017103138A1; RU2718651C2; EP3390206A1; KR20180100109A

Abstract

在第一方面，一种由钢制成的B柱中心梁，包括硬区和软区。这样的软区具有比该硬区更低的机械强度。该B柱中心梁还包括上部区域和下部区域，该上部区域具有用于紧固到车顶构件的紧固部分，且该下部区域具有用于紧固到底梁构件的紧固部分。该B柱中心梁包括两个软区。一个下部软区位于B柱中心梁高度的50％和该下部紧固部分之间，且一个上部软区位于B柱中心梁高度的50％和该上部紧固部分之间。该上部软区具有比该下部软区更高的机械强度。还提供了用于制造这样的B柱中心梁的方法。

Description

B柱中心梁及制造方法

技术领域

本申请涉及且要求享有于2015年12月18日提交的EP15382640.9的权益和优先权。本公开内容涉及B柱，具体地涉及具有软区的B柱中心梁。

背景技术

车辆(例如，汽车)包含被设计成承受车辆在其寿命期间可能经受的所有载荷的结构骨架。该结构骨架还被设计成承受且吸收撞击，在与例如其他汽车或障碍物碰撞的情况下。

在这个意义上，车辆(例如，汽车)的结构骨架可以包括例如保险杠、柱(A柱、B柱、C柱)、侧面防撞梁、侧边梁(rocker panel)和减震器。对于汽车的结构骨架，或至少对于许多它的部件，使用所谓的超高强度钢(UHSS)在汽车工业中已经变得司空见惯，该超高强度钢表现出每单位重量的优化最大强度和有利的可成形性性能。UHSS可以具有至少1000MPa、优选地大约1500MPa或高达2000MPa或更大的拉伸强度。

在汽车工业中使用的钢的一个实施例是22MnB5钢。下文按重量百分比计概述了22MnB5的组分(其余为铁(Fe)和杂质)：

具有类似化学组分的若干22MnB5钢是市售的。然而，22MnB5钢的每种成分的确切量从一个制造商到另一制造商可能略有变化。在其他实施例中，22MnB5可以含有大约0.23％的C、0.22％的Si和0.16％的Cr。该材料还可以以不同比例包括Mn、Al、Ti、B、N、Ni。

市售自Arcelor Mittal的

1500P是在拼焊坯料和拼接坯料中使用的市售的钢的一个实施例。拼焊(焊接)坯料和拼接坯料在变形工艺(例如，热冲压)之前提供具有变化厚度或不同材料性能的坯料。拼焊坯料中的厚度变化不应与(局部)增强件混淆。在这个意义上，增强件替代地在变形工艺之后被添加到部件。

1500P以铁素体-珠光体相(ferritic-perlitic phase)被供应。它是以同质模式分布的细晶粒结构。机械性能与此结构有关。在加热、热冲压工艺和随后的淬火之后，创建马氏体微结构。结果，极限拉伸强度和屈服强度明显增加。

下文按重量百分比计概述了

的组分(其余为铁(Fe)和不可避免的杂质)：

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	B	N
									0.24	0.27	1.14	0.015	0.001	0.17	0.036	0.003	0.004

任何这些组分的钢(通常为22MnB5钢，诸如特别是

)可以被供应有涂层，以防止腐蚀和氧化损坏。此涂层可以是例如铝-硅(AlSi)涂层或主要包括锌或锌合金的涂层。

在热冲压和随后淬火之后的

(即，具有马氏体微观结构)的极限拉伸强度为1.550MPa±150，而屈服强度是约1.150MPa±150。

在B柱中，一个重要问题是确保在中间区域不发生变形或发生很小的变形，因为侵入可能使车辆乘员受伤害。一种解决方案是使B柱具有不同厚度的区。具体地，中心区域(约为B柱的高度的一半)可以更结实(即更厚)，以避免上述侵入，但是总重量由此增加。

另一解决方案在于焊接增强件，例如通过点焊，以强化该结构。这样的增强件通常由钢制成，且即使该材料不如B柱的材料那样坚硬，但结合之后所得到的结构通过额外的材料得以强化。然而，增强件的使用也涉及重量增加，因为额外的材料被添加到该结构。

保持该结构骨架中的每一部件的重量处于控制之中是重要的，因为汽车公司试图使重量减轻最大化，因为较重的车辆不仅涉及较高的制造成本，而且涉及增加的燃料消耗，由于大质量的高惯性，因此当加速、制动和/或转向时的难度更大。

为了改善部件的关键区域(例如，B柱的下部部分)中的延展性和能量吸收，已知的是，在相同的部件内引入较软的区域。软区可以局部地改善延展性，同时维持所要求的总体高强度。此外，在撞击或碰撞情况下的变形运动学可以通过包括这样的软区来适当地定制。

已知在车辆结构部件中创建具有增加的延展性的区域(软区)的方法包括提供含有一对互补的上部模具单元和下部模具单元的工具，所述单元中的每个具有分立的模具元件(钢块)。所述模具元件被设计成在不同的温度下工作，以在淬火工艺期间在正被形成的部分的不同的区中具有不同的冷却速率，从而在最终产品(软区)中产生不同的材料性能。这样的方法被称为模具内受控冷却(in-die controlled cooling)工艺。

所提及的软区(例如，放置在B柱的下部部分内的软区)不能抵抗大载荷，且该柱可能遭受变形，该变形可能导致对B柱的中心区域的侵入。

总之，需要在碰撞事件中优化/改善B柱的机械行为，同时尽可能多地减轻相同柱的重量。

发明内容

在第一方面，提供了一种由钢制成的B柱中心梁，所述B柱中心梁包括：硬区和软区，所述软区具有比所述硬区更低的屈服强度和/或拉伸强度；上部区域和下部区域，所述上部区域具有用于紧固到车顶构件的紧固部分，所述下部区域具有用于紧固到底梁(sill)构件的紧固部分。所述B柱中心梁包括两个软区。一个下部软区被创建在B柱中心梁高度的50％和所述下部紧固部分之间，且一个上部软区被创建在B柱中心梁高度的50％和所述上部紧固部分之间。所述上部软区具有比所述下部软区更高的屈服强度和/或拉伸强度。所述上部紧固部分和所述下部紧固部分主要为硬区。

使用两个软区(一个位于所述中心梁的上半部分中，且另一个位于所述中心梁的下半部分中)可以避免对所述B柱中心梁的中心区域(位于高度的30％和70％之间)的侵入。两个软区结合剩余的硬区(即，中心紧固部分、上部紧固部分和下部紧固部分)的组合使得B柱能够大体上直的向内移位，而不是在使用单个下部软区的情况下向内倾斜移位。这可以减少对车辆乘员造成的伤害。

而对于下部软区，一个重要的要求是吸收能量，对于上部软区，变形触发更为重要。因此，上部软区可以具有较高的机械强度。较高的机械强度意味着，给定相同的材料重量，可以承受较高的载荷。因此，B柱的重量可以通过使上部软区具有较高等级或强度来优化。

在这方面，上部软区的较高机械强度被认为上部软区具有比下部软区更高的屈服强度和/或更高的极限拉伸强度。然而，上部软区的屈服强度和/或极限拉伸强度仍然低于B柱的剩余部分(即，具有马氏体微观结构的“硬区”)的对应强度。

在本文中，“硬区”应被理解为所述B柱中心梁的这样的区域：主要具有马氏体微观结构和大约1.400MPa或更大的极限拉伸强度。

“软区”应被理解为所述B柱中心梁的这样的区域：在这样的区域中，钢具有比硬区更少的马氏体微观结构和大约1.050MPa或更小的极限拉伸强度。取决于等级，软区的微观结构可以是例如贝氏体和马氏体的组合，贝氏体、马氏体和铁素体的组合，或铁素体和珠光体的组合。

使用“软区”和“硬区”，所述B柱中心梁的厚度可以沿着其高度保持恒定或大体上恒定。可以避免或减少拼焊焊接坯料或拼接轧制坯料的使用。

在一些实施例中，所述下部软区位于B柱中心梁高度的3％-50％之间，优选地位于B柱中心梁高度的3％-25％之间。这样的位置允许能量耗散，以及在距车辆乘员安全距离处的变形。B柱中将被附接在底梁构件(或“边梁”)处的部分在此方面中被维持具有高机械强度。在B柱的高度的3％-25％之间的高度处，中心B柱通常具有增加的宽度。在此区域中的软区中允许高能量吸收。

根据另一实施例，所述上部软区位于B柱中心梁高度的80％-95％之间，优选地位于B柱中心梁高度的85％-95％之间。已发现上部软区在这些范围内的位置是有利的，因为所得到的B柱变形使得尽可能多地减少朝向乘客的侵入。

在一些实施例中，所述下部软区可以具有400MPa-700MPa之间的屈服强度。且在一些实施例中，所述上部软区可以具有550MPa-800MPa之间的屈服强度。

在一些实施例中，所述下部软区可以具有10mm-300mm、优选地30mm-300mm、更优选地30mm-200mm的高度。且在一些实施例中，所述上部软区可以具有10mm-150mm、优选地10mm-100mm、更优选地30mm-100mm的高度。

在一些实施例中，B柱中包括所述上部软区的部分具有大体上U形横截面，其中，所述U形具有一个底壁和两个侧壁，以及在所述侧壁中的每个侧壁的一端处的向外突出的横向凸缘。在一些实施例中，所述上部软区包括所述侧壁的至少一部分和所述底壁。

在一些实施例中，所述上部软区可以包括所述底壁和大体上完整的侧壁。在一些实施例中，所述上部软区可以包括一个或多个横向凸缘。

在一些实施例中，所述B柱中心梁具有大体上恒定的厚度。

在第二方面，一种用于制造B柱中心梁的方法。首先，形成具有一高度、下部紧固部分和上部紧固部分的B柱中心梁。然后，在所述B柱中心梁中创建根据本文中所公开的实施例中任何一个的下部软区和上部软区，且其中所述上部紧固部分和所述下部紧固部分主要为硬区。

在一些实施例中，可以在形成所述B柱中心梁期间创建所述下部软区，包括热冲压和模具内受控冷却。在替代实施例中，可以在通过热冲压形成所述B柱中心梁之后，通过加热来创建所述下部软区。

在一些实施例中，可以在通过热冲压形成所述B柱中心梁之后，通过加热来创建所述上部软区。

附图说明

下面将参考附图描述本公开内容的非限制性实施例，其中：

图1例示了普通的B柱中心梁；

图2a和图2b例示了具有两个软区的B柱中心梁的实施例；

图3例示了具有不覆盖B柱的整个宽度的软区的B柱中心梁；

图4a-图4d例示了根据多个实施例的B柱中具有不同配置的软区的部分的U形横截面；

图5a和图5b例示了根据一个实施例的、包括在碰撞事件之前和之后的B柱中心梁的横向视图；以及

图6例示了根据现有技术的布置的、在碰撞事件之前的B柱中心梁的横向视图。

具体实施方式

图1描绘了B柱中心梁100，通常B柱中心梁100在下部紧固部分105处焊接到边梁(rocker)，且在上部紧固部分101中焊接到车辆(例如汽车)的车顶面板。B柱位于车辆的前座椅和后座椅之间，且它对于不同目的也是有用的。如之前所说的，它对车辆的骨架结构给予支撑，且在车辆碰撞中提供安全屏障。

在一些实施例中，B柱可以包括中心梁、外部板和内部板，且可选地包括另一中心增强件(中心在本文中意指位于该外部板和该内部板之间)。该内部板可以用于将多个部分附接到车辆(例如，汽车)内部。该外部板可以特别地用于为汽车门提供互补形状。根据特定实施方式，内部板和外部板这二者可以有助于所得到的B柱的结构强度和坚硬度。

此外，B柱中心梁还可以被用作许多元件的系留部(mooring)，所述系留部用于锚定在针对各自的目的所设置的孔中。图1的B柱中心梁100可以包括用来安装座椅安全带的锚定器的一个孔以及放置门锁的另一孔。B柱中心梁还可以具有不同形状和大小的紧固孔，例如以附接内部车辆结构的塑料装饰或衬里。图1还描绘了向外突出的凸缘106。

B柱中心梁100位于B柱的高度的30％和70％之间的中心区域103在车辆横向碰撞中起重要作用。撞击可能导致对结构中的侵入，该侵入可能给车辆乘员带来危险。因此，重要的是，确保在这样的中心区域103中没有发生变形。

图2a和图2b描绘了包括上部软区210、220和下部软区211、221的B柱中心梁的不同实施例。软区是一个(钢坯料)区域，对于该区域，微观结构已经被定制以改变机械性能，从而增加该区域中的延展性。下文概述了可能的定制区域的不同实施例的特性：

HT 400、HT 500、HT 700、HT 800是由

商业上提供的不同等级的钢。

根据本公开内容的多个实施例的软区可以具有不同的等级或屈服强度，以控制B柱中心梁上的变形。上部软区的等级可以高于下部软区的等级。下文概述了用于上部软区和下部软区的可能等级组合的不同实施例：

下部软区屈服强度(MPa)	上部软区屈服强度(MPa)
		400±50	550±50
400±50	700±50
		400±50	800±50
550±50	700±50
		550±50	800±50
700±50	800±50

根据本公开内容的多个实施例，已经提及的两个软区可以具有不同的高度。下部软区可以具有10mm-300mm之间的高度、优选地30mm-200mm之间的高度，且更优选地30mm-200mm之间的高度。另一方面，上部软区可以具有10mm-150mm之间的高度、优选地10mm-100mm之间的高度，且更优选地30mm-100mm之间的高度。上部软区的主要目的不是能量耗散，因此，它未必与下部软区一样宽/高。

图2a描绘了具有上部软区210和下部软区211的B柱中心梁200的前视图的一个实施例，该上部软区具有550MPa的屈服强度，该下部软区显著宽于上部软区210(换句话说：该下部软区具有增加的高度)，该下部软区具有400MPa的屈服强度。

在图2b中，示出了具有上部软区220和下部软区221的B柱200中心梁的前视图，该上部软区220具有比图2a中示出的软区210更大的高度。在图2b的实施例中，屈服强度不同于图2a的实施例，上部软区221具有800MPa的屈服强度，而下部软区具有700MPa的屈服强度。

这样提及的软区可以被创建在B柱中心梁的不同区域中。下部软区可以被创建在B柱中心梁高度的50％和下部紧固部分之间，被创建在B柱中心梁高度的3％-50％之间，更优选地被创建在B柱中心梁高度的3％-25％之间。上部软区可以被创建在B柱中心梁高度的50％和上部紧固部分之间，被创建在B柱中心梁高度的80％-95％之间，优选地被创建在B柱中心梁高度的85％-95％之间。

可以通过不同的技术(诸如，在变形工艺之后的模具内受控冷却或激光加热)在钢坯料中创建软区。

可以在热冲压工艺期间，通过模具内受控冷却，特别是当软区具有相当大的表面时，形成根据本公开内容的实施例的软区。(热)变形工艺中所使用的模具可以包括许多不同的模具块。为了创建软区，这样的模具块中的一个模具块的温度可以被控制为不同于另一模具块的温度。在热变形工艺期间创建软区时，软区可以优选地至少对应于这样的模具块的表面。因此，以此方式所形成的软区可以具有至少30mm的高度的下限。

可以在冲压工艺(例如，冷冲压或热冲压)之后，使用例如激光加热来创建根据另一实施例的软区。激光加热工艺使用激光束来加热工件(例如，金属坯料)，以改变该工件的微观结构，从而改变该工件的机械性能。

激光加热技术需要10mm的最小宽度。激光加热也可以被用来创建更大的区域，但它可能涉及高时间消耗。因此，激光加热更多地集中于小软区的创建。

根据又一实施例，且根据每个软区的宽度，可以在每个软区的创建中使用不同的技术。可以通过模具内受控冷却来创建软区(例如，下部软区)，且一旦钢坯料(例如，B柱中心梁)被制造，激光加热技术或例如感应加热可以被用来创建(至少)一个软区(例如，上部软区)。

图3示出了具有两个软区310、311的B柱中心梁的前视图。下部软区311覆盖B柱中心梁的整个宽度，而上部软区310仅覆盖B柱中心梁的宽度的一部分。

图4a-图4d示意性地描绘了根据本公开内容的多个实施例的、具有软区的B柱的一部分的横截面的不同实施例。这样的软区可以优选地是上部软区。

图4a示出了软区410，该软区410覆盖B柱中心梁的一部分的整个U形横截面和凸缘。图4b示出了一个横截面，其中软区420包括U形的底壁和大体上完整的侧壁。图4c描绘了软区430的横截面，该软区430包括U形的侧壁的一部分和底壁。图4d描绘了软区440的横截面，该软区440包括两个横向凸缘。

在这些实施例中，上部软区的主要目标是影响变形运动学，而非在碰撞情况下进行局部能量吸收。已经发现，为了使变形转向，使一个软区仅在B柱的局部横截面的宽度的一部分上延伸就足够了。因此，在这些情况下的B柱的总强度可以高于软区在整个局部宽度上延伸的情况。

在这些实施例中的一些中，软区可以关于B柱的纵向轴线大体上对称。在一些实施例中，软区可以被***成两个分立部分(主要在横向凸缘中)。

图5a示意性地描绘了根据一个实施例的B柱中心梁500在碰撞事件之前的横向视图。B柱中心梁500包括一个中心区域511和两个软区510、512。上部软区510改善结构的运动学行为，而下部软区512实现能量耗散。

图5b示出了根据一个实施例的B柱中心梁500在碰撞事件之后的横向视图。在横向碰撞之后，由于能量耗散，主要变形位于下部软区522处，而上部软区520已经遭受小变形。因此，在B柱中心梁500的中心区域521中没有发生侵入或变形，或发生极少的侵入或变形。

图6示出了根据仅具有下部软区的现有技术布置在碰撞事件之后的B柱中心梁600的横向视图。与图5b(其中B柱中心区域保持没有侵入)相反，图6的B柱中心梁600在其中心区域中遭受侵入610。这是由于B柱中心梁的下部部分的倾斜，其中软区充当变形的“铰链”。

在这个意义上，在图5b中可以看到的是，设置了两个这样的“铰链”，而该梁的中心部分保持直的。

尽管本文仅公开了数个实施例，但是这些实施例的其他替代、修改、用途和/或等同物也是可能的。此外，所描述的实施例的所有可能的组合也被覆盖。因此，本公开内容的范围不应由具体实施例所限制，而应仅通过正确解读所附权利要求来确定。

Claims

1.一种由钢制成的B柱中心梁，包括：

硬区和软区，其中所述软区具有比所述硬区更低的屈服强度和/或拉伸强度，

上部区域和下部区域，所述上部区域具有用于紧固到车顶构件的上部紧固部分，且所述下部区域具有用于紧固到底梁构件的下部紧固部分，且包括

下部软区，位于B柱中心梁高度的50％和所述下部紧固部分之间，以及

上部软区，位于B柱中心梁高度的50％和所述上部紧固部分之间，其中

所述上部软区具有比所述下部软区更高的屈服强度和/或拉伸强度，且其中所述上部紧固部分和所述下部紧固部分为硬区。

2.根据权利要求1所述的B柱中心梁，其中所述下部软区具有400MPa-700 MPa之间的屈服强度。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述上部软区具有550MPa-800MPa之间的屈服强度。

4.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述下部软区位于所述B柱中心梁的高度的3％-50％之间。

5.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述上部软区位于所述B柱中心梁的高度的80％-95％之间。

6.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述下部软区具有10mm-300mm的高度。

7.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述上部软区具有10mm-150mm的高度。

8.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中B柱中包括所述上部软区的一部分具有U形横截面，其中所述U形具有一个底壁和两个侧壁，且具有在所述侧壁中的每个侧壁的一端处向外突出的横向凸缘。

9.根据权利要求8所述的B柱中心梁，其中所述上部软区包括所述侧壁的至少一部分和所述底壁。

10.根据权利要求9所述的B柱中心梁，其中所述上部软区包括所述底壁和完整的侧壁。

11.根据权利要求8所述的B柱中心梁，其中所述上部软区包括一个或多个横向凸缘。

12.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，具有恒定的厚度。

13.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述下部软区位于所述B柱中心梁的高度的3％-25％之间。

14.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述上部软区位于所述B柱中心梁的高度的85％-95％之间。

15.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述下部软区具有30mm-300mm的高度。

16.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述下部软区具有30mm-200mm的高度。

17.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述上部软区具有10mm-100mm的高度。

18.根据权利要求1-2中的任一项所述的B柱中心梁，其中所述上部软区具有30mm-100mm的高度。

19.用于制造B柱中心梁的方法，所述方法包括：

形成具有一高度、下部紧固部分和上部紧固部分的B柱中心梁，

在B柱中心梁高度的50％和所述下部紧固部分之间创建下部软区，

在B柱中心梁高度的50％和所述上部紧固部分之间创建上部软区，其中

所述上部软区具有比所述下部软区更高的机械强度，且其中所述上部紧固部分和所述下部紧固部分为硬区。

20.根据权利要求19所述的方法，其中在形成所述B柱中心梁期间创建所述下部软区，包括热冲压和模具内受控冷却。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在通过热冲压形成所述B柱中心梁之后，通过加热来创建所述下部软区。

22.根据权利要求19-21中的任一项所述的方法，其中在通过热冲压形成所述B柱中心梁之后，通过加热来创建所述上部软区。