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加拿大企業(yè)公布獲專利的高強(qiáng)度冷沖壓鋼 可用于EV電池外殼和其它利用

2021-6-14 14:09| 發(fā)布者: wdb| 查看: 152| 評論: 0|原作者: [db:作者]|來自: [db:來源]

摘要: 蓋世汽車訊汽車原始設(shè)備制造商面臨著艱巨的任務(wù) 即大幅度提高燃料經(jīng)濟(jì)性和安全性 同時(shí)在市場上保持競爭地位 以及投資并推動(dòng)電氣化發(fā)展 在生產(chǎn)過程中使用高強(qiáng)度鋼 有助于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn) 據(jù)外媒報(bào)道 加拿大先進(jìn)材料開發(fā)公 ...

　　蓋世車子訊 車子原始設(shè)施生產(chǎn)商面對著艱巨的任務(wù)，即大幅度提升能源經(jīng)濟(jì)性和平安性，同一時(shí)間在市場上維持競爭位置，以及投資并推進(jìn)電氣化進(jìn)行。在制造進(jìn)程中運(yùn)用高強(qiáng)度鋼，有助于實(shí)現(xiàn)這一絲。據(jù)外媒報(bào)導(dǎo)，加拿大領(lǐng)先進(jìn)步資料開發(fā)企業(yè)(Advanced Materials Development)為其消費(fèi)者開發(fā)了得到專利的冷沖壓用冷軋高強(qiáng)度鋼，稱為ColdStamp-Steel，可用于制造車子的車身構(gòu)造和平安部件，包括電動(dòng)車子的電池外殼。

　　
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　　(相片來自：amdoncorp)

　　ColdStamp-Steel的微構(gòu)造中含有個(gè)或若干馬氏體、貝氏體、鐵素體和殘留奧氏體，其數(shù)量百分比取決于鋼的成分及熱料理形式。此外，另有一部分碳化物、氮化物和碳氮化物。因此發(fā)生的資料具備高強(qiáng)度和中庸延展性，與商業(yè)冷軋鋼材比較，ColdStamp-Steel具備更高的強(qiáng)度重量比。其利用包括車子保障杠加固梁、柱、車門沖撞梁、踏腳板內(nèi)件和加固件、側(cè)梁加固件、車頂構(gòu)架、腰線加固件、卡扣或夾片。

　　
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　　圖1(相片來自：sae.org)

　　ColdStamp-Steel共分1-3級，作為低合金成分，總合金化素材(碳除外)< 3.0wt.%。表1顯現(xiàn)，1級的碳濃度最低，3級的碳濃度最高。該生產(chǎn)工藝最重要的分為之下環(huán)節(jié)：在堿性氧氣轉(zhuǎn)爐中熔化鐵水，接下來在電弧爐中發(fā)展真空脫氣或鋼屑熔煉；連鑄；熱軋；酸洗；冷軋；延續(xù)退火和淬火；以及延伸矯直以得到平坦度。ColdStamp-Steel可行制成冷軋卷材或冷軋薄板。

　　力學(xué)功能

　　
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　　圖2(相片來自：sae.org)

　　ColdStamp-Steel具備符合冷沖壓的成形性。將其與用于冷沖壓的三種營運(yùn)冷軋高強(qiáng)度鋼(SSAB的Docol 900M-1700M馬氏體牌號、ArcelorMittal的MartiNsite牌號和 Kobo Steels的Kobelco牌號)發(fā)展相比，可行瞧出 ColdStamp-Steel的功能更優(yōu)異。表2顯現(xiàn)，在ASTM準(zhǔn)則延伸試驗(yàn)中，1-3級在室溫下縱向/輥(L)和橫向(T)的機(jī)械功能。

　　
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　　圖3(相片來自：sae.org)

　　ColdStamp-Steel的幾種成分曾經(jīng)過熔化、熱軋和冷軋、熱料理和測試。三級的兩種組分(SC1和SC2組分)體現(xiàn)出最理想的性質(zhì)。表3顯現(xiàn)，不同的熱料理方法為SC1和SC2提供了廣大的機(jī)械功能。這點(diǎn)資料適用于不同的機(jī)動(dòng)車構(gòu)造和平安部件，以及電動(dòng)車子的電池外殼構(gòu)造。

　　
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　　附圖(相片來自：sae.org)

　　附圖顯現(xiàn)，SC1和SC2通過熱料理后，在室溫下的工程拉應(yīng)力圖。從厚度為0.06 in/1.50 毫米的沒有涂層冷軋SC1上，沿L方向分割出2in(50 毫米)規(guī)格的ASTM準(zhǔn)則延伸試樣。從厚度為0.04in(1.0毫米)的沒有涂層冷軋SC2中，沿L方向分割出3.15in(80毫米)的試樣。

　　經(jīng)過經(jīng)常使用工藝，對SC1和SC2發(fā)展涂層，包括鍍鋅和鍍鋁。表3顯現(xiàn)，通過經(jīng)常使用鍍鋅和鍍鋁工藝以后，可對SC1和SC2發(fā)展熱料理，而不作用SC1和SC2機(jī)械功能。將SC1、SC2與市售高強(qiáng)度冷軋鋼發(fā)展相比，可行瞧出，經(jīng)1000-1050°F高溫回火后，唯有SC1、SC2的抗拉強(qiáng)度超越175 ksi/1200 MPa，拉伸率為 9-10%。通過淬火和高溫回火的SC1和SC2，可行在不下降其機(jī)械功能的概況下發(fā)展鍍鋅。

　　SC1和SC2均可抉擇適合的工藝參數(shù)，采納常規(guī)點(diǎn)焊方法發(fā)展焊合。在碳濃度增添的概況下，有必需增添焊合力，調(diào)度焊合周期，以實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)點(diǎn)焊。SC1和SC2的碳當(dāng)量CEVM = %C + (%Mn + %Si)/6 + (%Cr + %Mo+%W + %V+%Ti)/5 + (%Ni + %Cu)/15 ，區(qū)別約為0.975和0.61。比較以下，冷軋Docol 1700M鋼的碳當(dāng)量約為1.26。探討人士現(xiàn)提議，在不下降機(jī)械功能的前提下，嘗試將碳當(dāng)量降至0.60之下，以改進(jìn)SC1和SC2。

　　電動(dòng)車子的電池外殼

　　鋁合金源于密度低、強(qiáng)度適宜，已成為電動(dòng)車子電池外殼的最重要的資料。與同等商業(yè)鋼材比較，鋁制電池外殼或其它平臺部件，平�？晒�(jié)省約40%的重量。慣例上，最符合電池外殼的鋁合金是6000和7000系列及相似合金。

　　鋁合金具備重量輕、可回收應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。然則，假如電池組發(fā)生的熱量將電池外殼的溫度提升至600°F(315°C)以上，鋁合金則體現(xiàn)出慘重的劣勢。在600°F或更高的溫度下曝光超越300秒時(shí)，其抗屈強(qiáng)度下調(diào)了70%以上，特別是與電池電芯干脆接近的部件。另外，在約2200°F(1205°C)的慘重火災(zāi)概況下，電池外殼會在大約5秒內(nèi)失效，給乘車人士帶來極大的平安禍患。至于熱塑性塑料和復(fù)合資料，受本錢作用，況且運(yùn)用溫度遠(yuǎn)低于600華氏度，其在電池外殼中的利用遭到節(jié)制。

　　增添電池容量是電動(dòng)車子開發(fā)商的最重要的關(guān)心點(diǎn)，這也增添了電池產(chǎn)生故障的可能性，包括過熱和爆炸。為了降低對乘車人士的潛在危害，有必需運(yùn)用比鋁合金更堅(jiān)固的資料。鍍鋅和鍍鋁冷沖壓鋼，尤其是SC2，是一個(gè)有迷惑力的資料，可用于EV電池外殼。在不增添構(gòu)造重量的概況下，可行取代由高強(qiáng)度鋁合金制成的外殼，同一時(shí)間提升平安性、耐久性和平安性。高強(qiáng)度鋁合金板材的每磅制造本錢，比鍍鋅和鍍鋁冷沖壓鋼板的每磅制造本錢高出100%以上。

　　
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　　圖4(相片來自：sae.org)

　　對照SC2和7075-T6的比剛度、比屈服強(qiáng)度和比極限抗拉強(qiáng)度，從表4中可行瞧出，源于SC2板材的厚度比7075-T6小2.8倍，這類鋼可行替代全部高強(qiáng)度鋁合金，同一時(shí)間不增添電池外殼的重量。

　　ColdStamp-Steel可行經(jīng)過多個(gè)形式發(fā)展涂層。例如經(jīng)過電鍍或熱浸工藝鍍鋅，可在最高溫度多達(dá) 392°F (200°C) 的長久延續(xù)暴露下，提供耐用性。持續(xù)暴露在超出此溫度的環(huán)境中，會導(dǎo)致外層游離鋅層從下方的鋅鐵合金層剝離。鍍鋅 ColdStamp-Steel(SC1 和 SC2組分)具備表3所示的機(jī)械功能，但增添的電鍍層有所修正；鍍鋅ColdStamp-Steel的耐腐蝕功能可與高強(qiáng)度鋁合金相媲美。比起鍍鋅SC1或SC2板材的每磅本錢，6000和7000系列鋁合金板材的每磅制造本錢，高出100%以上。

　　通過1000-1050°F淬火和高溫回火后，SC1和SC2的抗拉強(qiáng)度超越175ksi(1,200 MPa)，拉伸率為9-10%；淬火和高溫回火SC1和SC2可在不下降其力學(xué)功能的概況下發(fā)展鍍鋅。鍍鋅冷沖鋼的本錢略超出熱浸鍍鋅合金的本錢。

　　ColdStamp-Steel采納電鍍或熱浸工藝涂層，為電池外殼利用提供了顯著優(yōu)勢。鍍鋁和鍍鋅ColdStamp-Steel，可防止電池外殼在多達(dá) 1400°F (760°C) 的溫度發(fā)放生故障，并能承擔(dān)多達(dá) 2200°F (1205°C) 的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，從而在緊急概況下為電動(dòng)車子乘客留出更多的疏散時(shí)間。在環(huán)境溫度和高溫下，由鋁合金制成的電池外殼的耐用性，沒有辦法與由帶涂層 ColdStamp-Steel制成的相同重量外殼相媲美。另外，日前6000和7000系列鋁合金板材的每磅制造本錢，比鍍鋁ColdStamp-Steel板材的每磅本錢高出100%以上。

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