热冲压钢板帮助汽车提高燃效及轻量化

近年来，为了减轻车身重量，热冲压钢板在日本汽车中的应用越来越多。例如，2011年11月上市的本田轻型车“N BOX”，中柱（B柱）的加强件使用了热冲压钢板，这是面向日本市场的本田汽车首次使用热冲压钢板（图1）。因此，车辆重量减少了2公斤。

图1：轻型汽车“N BOX”是日本本田第一辆采用热冲压钢板的汽车。中柱的加强件由热冲压钢板制成。

除了N BOX，本田还在面向日本的其他本田汽车上广泛使用热冲压钢板。例如，2012年11月上市的轻型车“N-ONE”和2013年6月21日上市的新型混合动力车“雅阁混合动力车”。N-ONE的中柱加强件使用热冲压钢板，雅阁混合动力车的中柱加固件和部分门槛梁使用热冲压钢片，这有助于减少车辆返工（图2）。

图2：本田的新型混合动力汽车“雅阁混合动力汽车”，中柱的加强件和门槛梁的一部分由热冲压钢板制成。

马自达也是积极采用热冲压钢板的汽车制造商之一。该公司于2012年2月推出的新型SUV（多用途运动车）CX-5的前后保险杠采用强度为1800MPa的热压钢板（图3）。在世界各地，汽车采用这种高强度热压钢板是前所未有的。在热冲压钢板的帮助下，CX-5的汽车重量减轻了4.5公斤。

图3：马自达的新款SUV“CX-5”，保险杠由1800MPa高强度热压钢板制成。

进一步提高高强度钢板的强度。

那么，什么是热冲压钢板呢？毕竟，它是一种高强度钢板。

热压钢板与普通高压钢板在室温下冲压成型（冷冲压）的区别在于，热压钢板是在原材料加热软化的条件下冲压成型的，成型品在模具中快速冷却以提高强度。加热材料使其软化可以使其易于形成，并且高温材料在冲压后可以立即冷却，因此淬火效果可以提高强度。提高钢板的强度有助于减少薄板的厚度，从而减轻汽车的重量。

具有上述特征的热冲压钢板以前曾用于欧美市场的汽车，但很少用于日本的汽车，因为这会导致更高的制造成本。然而，随着燃油效率法规的日益严格，日本汽车越来越多地使用热冲压钢板。

*与日本采购的产品相比，欧美采购的冷轧高压钢板在材料财产上有较大偏差。因此，即使调整模具，使第一批材料在冲压过程中不会产生褶皱和裂纹，下一批材料仍会出现不合格等问题。这也是面向欧美的汽车率先采用热冲压钢板的原因之一。

据报道，在2020年之前，汽车制造商将在2005-2006年将其二氧化碳排放量减少到60%左右。如果转化为燃油效率，相当于提高了60-70%，这是非常困难的。为此，汽车制造商制定了分阶段提高燃油效率的目标，将在2015年前后提高约30%，在2020年左右提高约30%。因此，为了尽可能减轻车辆重量，除了通过冷冲压形成的常见高强度钢板外，越来越多地使用热冲压钢板。

那么，为什么要使用热冲压钢板呢？原因是热冲压钢板可以进一步提高钢板的强度，而普通高强度钢板的强度越来越难以提高。

为了防止碰撞能量传递到驾驶室，车身上的一些零件希望通过损坏前后框架等材料来吸收能量，而驾驶室周围的一些零件即使受到碰撞也不想被损坏，以保护乘客。通常，前者采用低强度和中等强度的高强度钢板，而后者采用高强度高强度钢板*……

因此，如果我们想减轻驾驶室周围的重量，我们必须进一步提高高强度和高张力钢板的强度。

*低强度和中等强度的高强度钢板可以拉伸到一定程度，因此它们可以在受损的同时吸收冲击，因此它们被用于需要吸收冲击的零件。但是，高强度、高张力的钢板很难拉伸，即使损坏也不容易变形，所以它被用于预计不会变形的部分。

问题是，用于冷冲压的普通高强度钢板的强度越高，模具的成形和设计就越困难。也就是说，如果提高冷冲压用高强度钢板的强度，就会出现以下缺点：（1）冲压过程中容易出现褶皱和裂纹；（2） 材料变硬，导致严重的模具损耗；

（3） 回弹6的增加使得模具设计更加困难。

*弹性：弹性是指物体在弯曲和挤压后恢复到原始状态的性质，弹性是一个描述恢复程度的量。

制造成本降低到与冷压980MPa高强度钢板相当的水平。

热冲压钢板没有这些缺点。也就是说，由于钢板在加热时被压制成型，使其变红变软，因此在压制成型过程中不容易出现裂纹和褶皱，并且模具上的负载也很小。此外，钢板在冲压过程中的应变在钢板温度升高后很容易消除，因此很难回弹。而且，冲压后，材料在模具中快速冷却，具有淬火的效果，可以使钢板的结构硬化，提高强度。总之，热冲压钢板是一种“高强度、易成型的高强度钢板”。

例如，本田公司用于N型箱中柱加强件的热冲压钢板在加工前的强度约为590MPa，在冲压过程中通过加热软化至相当于270MPa级钢板的强度，冲压后通过淬火效应将强度提高至1500MPa左右。

当然，热冲压钢板也有缺点。首先，与冷冲压不同，热冲压需要一定的时间来冷却模具中的钢板。因此，与冷冲压相比，生产效率降低。其次，在从模具中取出多余零件（修边）后，在冲孔时，需要能够进行高硬度加工的激光加工设备。由于钢板在淬火后会变硬，因此考虑到工具的磨损，很难进行切削加工。第三，需要加热钢板的设备。换句话说，不仅要花钱购买设备，而且生产效率相对较低，因此制造成本较高，这是热冲压钢板的缺点。

当使用热冲压钢板时，各种制造商已经设法降低了制造成本。例如，本田开发了三种新技术来降低成本。首先，找到了与原始技术相比可以将热冲压钢板的加热时间缩短40%的加热条件（温度和时间），并开发出了可以密切跟踪这一条件的技术。该技术应用于加热炉管理系统后，加热炉的尺寸可以比以前的技术更小，从而减少了设备投资。

其次，已经开发出一种技术来大大缩短在模具中冷却成型产品的时间。通过将水注入模具和成型产品之间的间隙，热冲压钢板的成型周期增加到原始技术的四倍。第三，开发了一种“无激光加工的模具系统”。通过使用该技术，当钢板冲压后仍处于高温柔软状态时，可以在模具中进行修边和冲孔，因此不需要激光加工设备。利用这些技术，本田将热压钢板的制造成本降低到与普通冷轧980MPa高压钢板相同的水平。近年来，为了减轻车身重量，热冲压钢板在日本汽车中的应用越来越多。例如，2011年11月上市的本田轻型车“N BOX”，中柱（B柱）的加强件使用了热冲压钢板，这是面向日本市场的本田汽车首次使用热冲压钢板（图1）。因此，车辆重量减少了2公斤。

图1：轻型汽车“N BOX”是日本本田第一辆采用热冲压钢板的汽车。中柱的加强件由热冲压钢板制成。

除了N BOX，本田还在面向日本的其他本田汽车上广泛使用热冲压钢板。例如，2012年11月上市的轻型车“N-ONE”和2013年6月21日上市的新型混合动力车“雅阁混合动力车”。N-ONE的中柱加强件使用热冲压钢板，雅阁混合动力车的中柱加固件和部分门槛梁使用热冲压钢片，这有助于减少车辆返工（图2）。

图2：本田新款混合动力车“雅阁混合动力车”，中柱和p型加强件……

门槛梁的t由热冲压钢板制成。

马自达也是积极采用热冲压钢板的汽车制造商之一。该公司于2012年2月推出的新型SUV（多用途运动车）CX-5的前后保险杠采用强度为1800MPa的热压钢板（图3）。在世界各地，汽车采用这种高强度热压钢板是前所未有的。在热冲压钢板的帮助下，CX-5的汽车重量减轻了4.5公斤。

图3：马自达的新款SUV“CX-5”，保险杠由1800MPa高强度热压钢板制成。

进一步提高高强度钢板的强度。

那么，什么是热冲压钢板呢？毕竟，它是一种高强度钢板。

热压钢板与普通高压钢板在室温下冲压成型（冷冲压）的区别在于，热压钢板是在原材料加热软化的条件下冲压成型的，成型品在模具中快速冷却以提高强度。加热材料使其软化可以使其易于形成，并且高温材料在冲压后可以立即冷却，因此淬火效果可以提高强度。提高钢板的强度有助于减少薄板的厚度，从而减轻汽车的重量。

具有上述特征的热冲压钢板以前曾用于欧美市场的汽车，但很少用于日本的汽车，因为这会导致更高的制造成本。然而，随着燃油效率法规的日益严格，日本汽车越来越多地使用热冲压钢板。

*与日本采购的产品相比，欧美采购的冷轧高压钢板在材料财产上有较大偏差。因此，即使调整模具，使第一批材料在冲压过程中不会产生褶皱和裂纹，下一批材料仍会出现不合格等问题。这也是面向欧美的汽车率先采用热冲压钢板的原因之一。

据报道，在2020年之前，汽车制造商将在2005-2006年将其二氧化碳排放量减少到60%左右。如果转化为燃油效率，相当于提高了60-70%，这是非常困难的。为此，汽车制造商制定了分阶段提高燃油效率的目标，将在2015年前后提高约30%，在2020年左右提高约30%。因此，为了尽可能减轻车辆重量，除了通过冷冲压形成的常见高强度钢板外，越来越多地使用热冲压钢板。

那么，为什么要使用热冲压钢板呢？原因是热冲压钢板可以进一步提高钢板的强度，而普通高强度钢板的强度越来越难以提高。

为了防止碰撞能量传递到驾驶室，车身上的一些零件希望通过损坏前后框架等材料来吸收能量，而驾驶室周围的一些零件即使受到碰撞也不想被损坏，以保护乘客。通常，前者采用低强度和中等强度的高强度钢板，而后者采用高强度高强度钢板*。因此，如果我们想减轻驾驶室周围的重量，就必须进一步提高高强度和高张力钢板的强度。

*低强度和中等强度的高强度钢板可以拉伸到一定程度，因此它们可以在受损的同时吸收冲击，因此它们被用于需要吸收冲击的零件。但是，高强度、高张力的钢板很难拉伸，即使损坏也不容易变形，所以它被用于预计不会变形的部分。

问题是，用于冷冲压的普通高强度钢板的强度越高，模具的成形和设计就越困难。也就是说，如果提高冷冲压用高强度钢板的强度，就会出现以下缺点：（1）冲压过程中容易出现褶皱和裂纹；（2） 材料变硬，导致严重的模具损耗；

（3） 回弹6的增加使得模具设计更加困难。

*弹性：弹性是指物体在弯曲和挤压后恢复到原始状态的性质，弹性是一个描述恢复程度的量。

制造成本降低到与冷压980MPa高强度钢板相当的水平。

热冲压钢板没有这些缺点。也就是说，由于钢板在加热时被压制成型，使其变红变软，因此在压制成型过程中不容易出现裂纹和褶皱，并且模具上的负载也很小。此外，钢板在冲压过程中的应变在钢板温度升高后很容易消除，因此很难回弹。而且，冲压后，材料在模具中快速冷却，具有淬火的效果，可以使钢板的结构硬化，提高强度。总之，热冲压钢板是一种“高强度、易成型的高强度钢板”。

例如，本田公司用于N型箱中柱加强件的热冲压钢板在加工前的强度约为590MPa，在冲压过程中通过加热软化至相当于270MPa级钢板的强度，冲压后通过淬火效应将强度提高至1500MPa左右。

当然，热冲压钢板也有缺点。首先，与冷冲压不同，热冲压需要一定的时间来冷却模具中的钢板。因此，与冷冲压相比，生产效率降低。其次，在从模具中取出多余零件（修边）后，在冲孔时，需要能够进行高硬度加工的激光加工设备。由于钢板在淬火后会变硬，因此考虑到工具的磨损，很难进行切削加工。第三，需要加热钢板的设备。换句话说，不仅要花钱购买设备，而且生产效率相对较低，因此制造成本较高，这是热冲压钢板的缺点。

当使用热冲压钢板时，各种制造商已经设法降低了制造成本。例如，本田开发了三种新技术来降低成本。首先，找到了与原始技术相比可以将热冲压钢板的加热时间缩短40%的加热条件（温度和时间），并开发出了可以密切跟踪这一条件的技术。该技术应用于加热炉管理系统后，加热炉的尺寸可以比以前的技术更小，从而减少了设备投资。

其次，已经开发出一种技术来大大缩短在模具中冷却成型产品的时间。通过将水注入模具和成型产品之间的间隙，热冲压钢板的成型周期增加到原始技术的四倍。第三，开发了一种“无激光加工的模具系统”。通过使用该技术，当钢板冲压后仍处于高温柔软状态时，可以在模具中进行修边和冲孔，因此不需要激光加工设备。利用这些技术，本田将热压钢板的制造成本降低到与普通冷轧980MPa高压钢板相同的水平。

标签：本田雅阁马自达

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