CC BY
1
ОБСУЖДЕНИЕ тенденции развития автомобильных МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Пэй Цзясинь1, студент
Цзинь Чжи2, канд. филол. наук, доцент
1Международный инженерный институт Шэньянского политехнического университета и Томского политехнического университета 2Шэньянский политехнический университет (Китай, г. Шэньян)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-9-5-28-31
Аннотация. Статья посвящена анализу современных тенденций в сфере развития автомобильных металлических материалов. В настоящее время автомобилестроение является крупнейшим потребителем конструкционных металлических материалов. В статье проводится анализ современных научных разработок в сфере оптимизации металлических материалов, используемых в производстве автомобилестроения. Автором дана оценка основных перспектив для использования в автомобилестроении современных высокопрочных металлических материалов.
Ключевые слова: металлические материалы, сталь, автомобилестроение, автомобильная промышленность, Ш-стали, TRIP-стали, DP-стали.
В российской автомобильной промышленности на сегодняшний день увеличиваются требования к коррозийной стойкости, качеству поверхности и штампуемо-сти холоднокатаного тонкого листа, что обусловливает актуальность исследования современных тенденций по разработке новых металлических материалов на основе железа и его производственных технологий.
В большинстве случаев основными металлическими материалами в современном автомобилестроении являются низкоуглеродистые непрочные мягкие стали типа 08Ю. У холоднокатаного листа таких металлических материалов временное сопротивление, т.е. предел их прочности - не больше 365 МПа. Однако, после того, как на российский рынок пришли зарубежные автомобильные компании, наблюдается повышение спроса на IF-стали, т.е. металлические материалы с более высоким уровнем прочности.
В результате использования IF-стали в сфере автомобилестроения можно значительно сократить массу транспортного средства. В научных исследованиях А.В. Ямщикова и М.А. Филиппова отмечается, что за последнее десятилетие масса кузова традиционного седана сократилась
на 14%, в то время, как в 3 раза увеличилось применение в автомобильной промышленности высокопрочной стали [7, с. 263].
На сегодняшний день в автомобилестроении повышаются требования для тонкого холоднокатаного листа в области его коррозионной стойкости, качестве поверхности и штампуемости. Данный факт обусловливает необходимость разработки новых металлических материалов с применением железа и на основе его производственных технологий. Как следует справедливо отметить, в первую очередь, это касается автолистовых сталей, так как в общей массе транспортного средства их доля составляет больше 60%. Т.Д. Дзоценидзе в собственных научных исследованиях отмечал, что сталь в будущем будет также оставаться наиболее подходящим и удобным материалом на производстве в автомобильной промышленности. Исследователь также пишет, что использование и осуществление разработки новых типов сталей (среди них: ТЫР-стали, 1Б-стали, многофазные, двухфазные, высокопрочные стали с разными видами защитного покрытия) предоставят для производителей автомобилей решать следующие основные задачи:
- повышение коррозионной стойкости;
- повышение надежности;
- повышение безопасности;
- снижение массы [2, c. 34].
Для автолистовых металлических материалов достижение необходимого уровня свойств возможно при решении ряда проблем, которые непосредственно связаны с установкой и созданием основных условий для получения оптимальных производственных технологических параметров, микроструктуры металлического материала, его физического и химического состава на всех этапах производства.
В российской автомобильной промышленности использование новых марок сталей имеет значительный потенциал, так как оказывает воздействие на ее конкурентоспособность. Металлургические предприятия РФ, как следует справедливо отметить, могут для иностранных производителей стать поставщиками сборочных производств. В сфере автомобильной промышленности сегодня мировые производители осуществляют работу по расширению выпуска и освоению производства IF-стали, TRIP-стали и DP-стали совместно с металлургическими предприятиями [4, c. 86].
Широкое применение в таких проектах нашли современные технологии, в частности, лазерная сварка из высокопрочной стали разной толщины, гидроформование деталей шасси и кузова. В немецкой компании Thyssen Кгирр Stahl в программе NSB получила дальнейшее развитие концепция использования современных прогрессивных технологий и высокопрочных сталей.
Основной целью данного проекта считается отражение факта, что снижение массы кузова транспортного средства возможно без ухудшения иных его параметров с помощью оптимизации конструкции. Для сравнения в NSB приводится сопоставление кузова NSB и кузова Opel Zafira. В сравнении с Opel Zafira масса кузова NSB уменьшена на 24%. В конструкции основными характеристиками выступают долговечность и энергопоглощаемость.
В результате использования лазерной сварки, точечной сварки, технологий гид-
роформования и штамповки снижена масса кузова NSB. В рассматриваемом проекте NSB использование цинко-магниевого нового покрытия позволило увеличить для кузова его коррозионную стойкость. В результате того, что у нового покрытия толщина уменьшена, облегчается процесс использования лазерной сварки, в сопоставлении с оцинкованной обычной сталью. Еще одним достоинством можно считать то, при традиционной толщине металлического покрытия происходит улучшение свойств антикоррозионного характера, данное обстоятельство приводит, в свою очередь, к снижению использования защитных дополнительных средств (воск, мастика).
Л.П. Солошенко в собственных трудах отмечает, что штампуемость стали хуже тогда, когда выше ее прочность [5, c. 80]. Легированные стандартные стали, как известно, обладают низкой вязшстью, в результате чего они непригодны для изготовления деталей со сложной формой, т.к. имеют недостаточную штампуемость [3]. А.С. Татару в собственной диссертации указывает, что при внедрении новых типов сталей с, как минимум, двумя фазами (AHSS-стали), обусловливает повышение прочности, не ухудшая при этом ее пластичность [6, c. 12]. Таким образом, многофазные металлические материалы имеют наиболее благоприятное сочетание в своей структуре пластичности и прочности, что объясняется наличием в их составных элементах свойств механического характера, которые друг друга дополняют. К примеру, многофазные металлические материалы в своей структуре могут содержать мягкую фазу основы, которая определяет, с одной стороны, их хорошую формуемость и низкий предел текучести. С другой стороны, они содержат твердую фазу, которая определяет их высокий предел прочности.
Для кузовов и подвесок в качестве металлических материалов можно использовать двухфазные стали (DP) с пределом прочности 980 МПа и высокопрочные стали с TRIP-эффектом с пределом прочности 780 МПа. Использование представленных видов металлических материалов будет
способствовать повышению безопасности и снижению массы автотранспортного средства.
Согласно определению, представленному в работе АС. Шумской, ТЫР(ПНП)-эффект представляет собой в большей степени результативный механизм, направленный на повышение прочности стали, но без ее относительного удлинения и ухудшения штампуемости [8, c. 43]. У данного типа стали, как следует справедливо отметить, способность к штамповке непосредственно определяется стабильностью и количеством остаточного аустенита. Однако, в результате высокой себестоимости, неудовлетворительного поверхностного состояния и низкой свариваемости для изготовления автотранспортных средств не может использоваться листовая сталь, которая содержит большой объем легирующих элементов и углерода.
В автомобильной промышленности Японии в последние годы стали разрабатываться TRIP-стали, у которых предел текучести составляет 780 МПа. Следует отметить, что такой предел текучести был достигнут в результате оптимизации основных условий сматывания рулона после проведения горячей прокатки, а также добавления молибдена (Мо) и ниобия (Nb). В исследовании Р.Р. Курамшина,
А.Г. Вертенко, А.В. Горбунова отмечается, что при осуществлении комплексной добавки ниобия (Nb) в объеме 0,05 % и молибдена (Мо) в объеме 0,2% осуществляется повышение предела прочности металлического материала с 762 МПа до 822 Мпа [1, c. 114]. Главным образом, пишут исследователи, удовлетворительная вязкость металлического материала с ниобием (Nb) была достигнута с помощью образования высокой концентрации углерода и объемной большой доли остаточного аустенита [1].
К большому производственному росту IF-сталей привело резкое повышение покупательского спроса на стали со способностью к глубокой вытяжке в Японии. А.Я. Ямщиков и М.А. Филиппов пишут, что производство в Японии IF-стали еще в 1999-2001 годах составило 7 миллионов тон ежегодно [7, c. 267]. Необходимо от-
метить тот факт, что на сегодняшний день происходит повышение покупательского спроса на высокопрочные и оцинкованные ГР-стали с одновременным снижением использования холоднокатаных «чистых» ГР-сталей.
В качестве примера использования новых прогрессивных высокопрочных холоднокатаных сталей можно назвать автомобиль РогЛе Сауеппе. В кузове данного автомобиля больше 60% массы металлического кузова составляет такая сталь. Кроме того, в кузове рассматриваемого автомобиля для повышения прочности используются технологии лазерной сварки и склеивания. Благодаря использованию при производстве в поперечинах и боковинах автомобиля многофазных сталей, а также применения ТЫР-сталей в усилителях центральной и передней стоек, внутренней панели центральной стойки производители достигли повышения коррозионной стойкости и энергопоглощаемости кузова.
В российской автомобильной промышленности на сегодняшний день проводятся исследования в сфере свойств автолистовой продукции. Такие исследования, прежде всего, проводятся такими крупными металлургическими производственными предприятиями, как Новолипецкий металлургический комбинат, «Северсталь» и Магнитогорский металлургический комбинат. Результаты исследований, прежде всего, направлены на обеспечение наиболее перспективных требований по микрогеометрии и чистоте поверхностей металлических материалов, их качеству и механическим свойствами. Разработки выделенных металлургических комбинатов экспортируются в автомобильные международные компании.
Заключение
На основе проведенного исследования можно сделать вывод о том, что сегодня наблюдается повышение спроса на ГР-стали, т.е. металлические материалы с более высоким уровнем прочности. В сфере автомобильной промышленности сегодня мировые производители осуществляют работу по расширению выпуска и освоению производства Ш-стали, ТЫР-стали и БР-стали совместно с металлургическими
предприятиями. В российской автомо- потенциал, так как оказывает воздействие бильной промышленности использование на ее конкурентоспособность. новых марок сталей имеет значительный
Библиографический список
1. Горбунов А.В., Вертенко А.Г., Курамшин Р.Р. и др. Перспективы развития производства высокопрочных автолистовых сталей. Сталь. - 2012. - № 2. - С. 113-115.
2. Дзоценидзе, Т.Д. Конструкционные и отделочные материалы автомобилей и тракторов. Учебное пособие. - М.: Металлургиздат, 2010. - 132 с.
3. Материаловедение в автомобилестроении. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ozlib.com/940542/tehnika/stali (дата обращения: 24.09.2024).
4. Мишнев П.А., Адигамов Р.Р. Антонов П.В., Сушкова С.А. Технологические возможности и новые продукт «Северстали» для автопрома. Бюллетень «Чёрная металлургия». -2012. - № 4. - С. 84-89.
5. Солошенко, Л.П. Материаловедение. Конспект лекций/ Л.П. Солошенко, Каз. федер. ун-т. - Казань, 2013. - 99 с.
6. Татару, А.С. Исследование и разработка технологии производства горячекатаного высокопрочного автолистового проката из двухфазных ферритомартенситных сталей с заданными показателями механических свойств. Автореф. дисс. канд. тех. наук. - М., 2018. - 23 с.
7. Филиппов, М.А. Новые материалы и технологии для автомобилестроения / М.А. Филиппов, А.В. Ямщиков // Урал индустриальный. Бакунинские чтения. Индустриальная модернизация Урала в XVIII-XXI вв.: материалы XI Всероссийской научной конференции, Екатеринбург, 26-27 сентября 2013 г. - Екатеринбург: УМЦ УПИ, 2013. - Т. 2. - С. 263-269.
8. Шумская, А.С. ПНП - стали (TRIP-стали) / А.С. Шумская; науч. рук. Э.П. Пучков // Новые материалы и технологии их обработки: X Республиканская студенческая научно-техническая конференция, 28-30 апреля 2009 г. / пред. редкол. Н.И. Иваницкий. - Минск: «Научно-технологический парк БНТУ «Метолит», 2009. - С. 42-44.
DISCUSSION OF THE DEVELOPMENT TRENDS OF AUTOMOTIVE
METAL MATERIALS
Pei Jiaxin1, Student
Jin Zhi2, Candidate of Philological Sciences, Associate Professor
international Institute of Engineering, Shenyang Polytechnic University and Tomsk Polytechnic University 2Shenyang Polytechnic University (China, Shenyang)
Abstract. The article is devoted to the analysis of current trends in the development of automotive metal materials. Currently, the automotive industry is the largest consumer of structural metal materials. The article analyzes modern scientific developments in the field of optimization of metal materials used in the automotive industry. The author gives an assessment of the main prospects for the use of modern high-strength metal materials in the automotive industry.
Keywords: metal materials, steel, automotive, automotive industry, IF-steels, TRIP-steels, DP-steels.
