Quels aciers sont utilisés dans les voitures

La sécurité et la protection de l'environnement sont au cœur de la construction automobile moderne, et la carrosserie nécessite "d'augmenter la résistance et de réduire le poids". L'acier avancé à haute résistance est en plein essor dans ce contexte et est largement utilisé dans les pièces de structure et les pièces de sécurité des carrosseries automobiles.

Types d'aciers à haute résistance pour automobiles

1. Acier DP, aciers à double phase
2.CP Steel, aciers de phase complexe
3. Acier TRIP, aciers à plasticité induite par transformation

4. Acier MS, aciers martensitiques

Acier 5.QP, aciers de trempe et de partitionnement

6. Aciers à plasticité induite par maclage (acier TWIP)

7. Acier au bore (acier PH ou acier B, durcissement à la presse/aciers au bore)
Acier duplex (acier DP)

Caractéristiques de performance : pas d'extension de rendement, pas de vieillissement à température ambiante, faible taux de rendement, indice d'écrouissage élevé et valeur de durcissement à la cuisson élevée.

Application typique : l'acier à haute résistance de la série DP est actuellement l'acier préféré pour les pièces structurelles et est largement utilisé dans les pièces structurelles, les pièces de renfort et les pièces anti-collision. Par exemple, traverses inférieures de cabine, rails, barres de protection, structures de renfort de barre de protection, etc.

Acier de phase complexe (acier CP)

Caractéristiques : petits grains, haute résistance à la traction. La limite d'élasticité est nettement supérieure à celle des aciers biphasés de même résistance à la traction. Il a de bonnes performances de flexion, des performances d'expansion de trou élevées, une capacité d'absorption d'énergie élevée et d'excellentes performances de formation de brides.

Applications typiques : suspensions de châssis, montants B, pare-chocs, rails de siège, etc.

Acier à plasticité induite par transformation (acier TRIP)

Caractéristiques de performance : La structure contient de l'austénite retenue et a une bonne formabilité. Au cours du processus de formage, l'austénite retenue se transforme progressivement en martensite dure, propice à une déformation uniforme. L'acier TRIP présente également les caractéristiques d'une énergie d'absorption d'impact élevée, d'un produit plastique à haute résistance et d'une valeur n élevée.

Applications typiques : pièces aux structures relativement complexes, comme les raidisseurs de pied milieu, les longerons avant, etc.

Acier martensitique (acier MS)

Caractéristiques de performance: taux d'élasticité élevé, résistance à la traction élevée, allongement relativement faible, il faut faire attention à la tendance à la fissuration retardée. Il a les caractéristiques d'une énergie d'absorption d'impact élevée, d'un produit en plastique à haute résistance et d'une valeur n élevée.

Applications typiques : emboutissage à froid de pièces simples et de pièces laminées à section relativement unique, telles que pare-chocs, renforts de seuil et barres de protection dans les portes latérales.

Acier ductile trempé (acier QP)

Caractéristiques de performance : la martensite est utilisée comme phase de matrice, et l'effet TRIP de l'austénite retenue dans le processus de déformation peut être utilisé pour obtenir une capacité d'écrouissage plus élevée, de sorte qu'elle a une plasticité et une formabilité plus élevées que le même niveau d'acier à ultra-haute résistance.

Application typique : Il convient aux pièces de sécurité automobile et aux pièces de structure aux formes complexes, telles que les renforts de pilier A et B.

Acier à double plasticité induite (acier TWIP)

Caractéristiques de performance : l'acier TWIP est un acier entièrement austénitique avec une composition élevée en C, en Mn et en Al. Grâce au raffinement dynamique induit par le jumelage, une capacité d'écrouissage très élevée peut être obtenue.

L'acier TWIP a une résistance ultra-élevée et une plasticité ultra-élevée, et le produit en plastique résistant peut atteindre plus de 50 GPa%.

Applications typiques : l'acier TWIP a une formabilité très supérieure et une résistance ultra-élevée, et convient aux pièces qui nécessitent des propriétés d'étirage et de renflement élevées, telles que les pièces de sécurité automobile de forme complexe et les pièces structurelles.

Acier au bore (acier PH ou acier B)

Caractéristiques de performance : ultra haute résistance (résistance à la traction supérieure à 1500 MPa), améliorant efficacement les performances de collision, corps léger ; forme complexe des pièces, bonne formabilité; haute précision dimensionnelle.

Applications typiques : pièces structurelles de sécurité, telles que : pare-chocs avant et arrière, montants A, montants B, tunnels intermédiaires, etc.

Évolution de l'acier automobile

L'acier est utilisé dans la construction automobile depuis la fin du XIXe siècle, lorsque l'ingénieur allemand Karl Benz a conçu la première automobile propulsée par un moteur à combustion interne en 19.

Au début du XXe siècle, avec l'émergence de la technologie de production de tôles d'acier/bandes d'acier et sa percée dans la technologie de traitement de formage complexe, les composants en bois des structures automobiles ont été progressivement remplacés par des tôles/bandes d'acier.

Au cours du siècle qui a suivi, les tôles/feuillards d'acier sont devenus le matériau dominant dans le processus de fabrication automobile. Avec les différentes périodes historiques, combinées aux stratégies nationales correspondantes, à la demande des consommateurs et aux capacités techniques, une série de matériaux en acier automobile ont évolué, comme le montre la figure 1. L'acier à faible teneur en carbone (LC) et l'acier sans interstitiel (IF) ont été les premiers à être utilisé dans les automobiles.

A l'époque, ces deux types d'aciers à faible résistance pouvaient répondre aux besoins de résistance, de formabilité, de coût et de conception. Jusqu'à la crise pétrolière nord-américaine vers 1970, l'industrie automobile a commencé à développer de l'acier à haute résistance pour réduire le poids et économiser l'énergie en réponse aux problèmes énergétiques.

Depuis, elle est entrée dans une période de cercle vertueux où le niveau de résistance des tôles d'acier automobile n'a cessé d'être amélioré. Surtout dans le cadre de la tendance mondiale actuelle des automobiles légères, les travailleurs de l'industrie sidérurgique font également des efforts continus pour cela.

acier à haute résistance traditionnel

Les aciers à haute résistance traditionnels sont principalement des aciers durcissables à la cuisson (BH), et leurs propriétés mécaniques sont illustrées à la figure 2. L'augmentation de la résistance est obtenue pendant le processus de cuisson de la peinture après l'emboutissage. Le degré d'écrouissage pendant le processus d'emboutissage a un effet significatif sur l'amélioration de la résistance lors du processus de cuisson ultérieur.

L'écrouissage lors du formage repose principalement sur l'augmentation de la densité de dislocations provoquée par la déformation. L'augmentation de la résistance lors de la cuisson est basée sur l'empêchement des mouvements de dislocation ultérieurs provoqués par la diffusion des atomes au cours du processus.

La différence dans la méthode de moulage et la quantité de déformation causée par le processus de moulage auront un certain impact sur l'effet de durcissement à la cuisson.

Acier à haute résistance avancé typique de première génération et sa technologie de contrôle

La première génération d'aciers avancés à haute résistance est dominée par la Dual Phase (DP) et la Transformation Induced Plasticity (TRIP).

L'acier DP, d'où son nom, est composé de deux phases, qui peuvent être ferrite + bainite ou ferrite + martensite. Le schéma de principe de sa structure est illustré à la figure 3.

En tant que phase molle, la ferrite lui assure une certaine plasticité et est facile à mettre en forme ; la bainite/martensite est utilisée comme phase dure pour lui donner une résistance raisonnable. Schéma de principe de la microstructure de l'acier DP

Acier TRIP, le schéma de principe de sa microstructure est représenté sur la figure 4, qui se compose de ferrite, de martensite (bainite) et d'austénite résiduelle. En raison de la grande déformation instantanée de l'automobile pendant le processus de collision, une certaine énergie mécanique se forme à l'intérieur de la plaque d'acier. Combinée à l'énergie interne stockée dans l'austénite retenue d'origine, elle subit une transformation de phase, et une partie de l'austénite retenue est transformée en martensite, ce qui renforce l'effet.

Schéma de principe de la microstructure de l'acier TRIP

Acier à haute résistance avancé typique de deuxième génération et sa technologie de contrôle

La deuxième génération d'aciers avancés à haute résistance est dominée par la plasticité induite par maclage (TWIP). L'acier TWIP est basé sur des contractures mécaniques formées en raison du changement de phase austénitique lors de la déformation, comme le montre la figure 5. En raison de la formation de cristaux contractiles, l'énergie lors de la collision peut être absorbée.

Sa composition de base est 18%Mn-3%Si-3%Al. Bien sûr, la composition peut être ajustée de manière appropriée en fonction de l'accent mis par les différents composants sur les performances de chaque phase et du problème de goulot d'étranglement dans le processus de production.

contractures formées lors de la déformation

Développement de la troisième génération d'acier avancé à haute résistance

L'acier à haute résistance avancé de troisième génération est basé sur l'écart entre les aciers à haute résistance de première et de deuxième génération, et développe des variétés à haute résistance et haute plasticité avec d'excellentes propriétés complètes, telles que Q&P (trempe et séparation) l'acier, un haut lieu de la recherche au pays et à l'étranger.

La structure à température ambiante de l'acier Q&P est la ferrite, la martensite et l'austénite. Le principe de conception est qu'après trempe à une certaine température pour former une quantité considérable de martensite, il y a un processus de chauffage secondaire, comme le montre la figure 6, dans Ce processus réalise la diffusion des atomes de carbone dans la martensite dans l'austénite retenue, ainsi améliorant sa stabilité.

L'acier à haute résistance produit par ce procédé a un produit plastique résistant qui dépasse de loin les aciers à haute résistance avancés de première et de deuxième génération.


Processus de contrôle des processus d'acier Q&P

Tendance de développement et hotspot de recherche de l'acier automobile

Grâce à l'application d'acier à haute résistance, diverses parties du corps peuvent être amincies sans perdre de résistance. Il a été convenu en Europe et aux États-Unis que grâce à l'application d'acier à haute résistance de 600MPa/40% à 1600MPa/20% dans la structure de la carrosserie, le poids de la carrosserie peut être réduit d'au moins 5 à 8%, ce qui offre des opportunités pour le développement de différentes séries d'aciers à haute résistance dans cette gamme de performances.

Pour la prochaine direction de développement et les sujets de recherche de l'acier automobile, le NSF international (National Steel Fabrication), le US DOE (Department of Energy) Department of Energy, l'American AISI (American Iron and Steel Institute) et l'A/SP (Auto/ Steel Partnership), qui propose les domaines de recherche suivants dans les universités et les instituts de recherche :

Microstructure et propriétés mécaniques des aciers avancés à haute résistance ;
Processus de diffusion du carbone dans l'acier avancé à haute résistance ;
Taille des particules et effets d'interface des aciers avancés à haute résistance ;
Aciers biphasés ferritiques nano-aciculaires dans les aciers avancés à haute résistance ;
Acier bainitique à haute résistance et haute plasticité;
Formabilité et comportement au retour élastique des aciers avancés à haute résistance ;
Modèles correspondants pour les aciers avancés à haute résistance.

La demande favorisera le progrès des technologies connexes, et le progrès technologique stimulera également l'augmentation de la demande. La tendance générale à la légèreté favorisera le progrès continu de la technologie dans l'industrie sidérurgique, créant ainsi les conditions pour l'application de plaques d'acier plus avancées.

La direction de développement de l'acier automobile à l'étape suivante, ou le matériau de tôle d'acier automobile le plus idéal à cette époque, devrait avoir les conditions suivantes : faible teneur en carbone (soudabilité élevée), faible coût (ajout d'une faible teneur en alliage), formabilité élevée, facilité montage et entretien.

De nos jours, diverses séries d'aciers à haute résistance pour véhicules présentent généralement certaines limitations, telles que de grandes différences de composition et une qualité de surface irrégulière, qui apportent certaines difficultés au revêtement final. À l'avenir, l'évaluation de divers matériaux devrait être considérée du point de vue de l'ensemble du processus, afin de concevoir et de produire de bons produits pratiques.

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