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1 前言
合金化熱鍍鋅鋼板（GA鋼板）是將鋼板浸入約460℃的熔融鋅液中鍍鋅，然后再加熱進行合金化處理制成的鋼板，鋼板表層是含有10%左右Fe的Fe-Zn合金鍍層。
GA鋼板在20世紀80年代后半期開始用作汽車防銹鋼板。當時，為了提高陽離子電積涂裝性和沖壓性，在GA鋼板表面增加一層Fe-Zn電鍍層成為雙鍍層型GA鋼板。
隨著涂裝技術的進步，不再需要雙鍍層型GA鋼板。在20世紀90年代后半期出現了改善沖壓性能的GA潤滑鋼板，并用于汽車制造。進入21世紀，不僅是汽車本身的性能，而且環(huán)境（輕量化、無環(huán)境負荷物質排放）、生產效率、全球化制造等都成為汽車的關鍵詞。汽車制造廠迫切希望開發(fā)出“環(huán)境友好、更加易于使用的GA鋼板”。
在這種情況下，JFE鋼鐵公司開發(fā)出具有良好沖壓成型性、焊接性（無飛濺）、化成處理性和全球化制造性的新型高性能汽車鋼板，并且已經實用化。該鋼板的商品名是JAZ（JFE Advanced Zinc），目前已在日本國內各汽車制造廠使用。JAZ于2009年獲得第56屆大河內紀念生產獎。本文對JAZ的設計思想和產品特性進行簡要介紹。
2 開發(fā)內容
(1) 高性能汽車鋼板必須具備的特性
汽車制造的工藝流程可分解為，鋼板沖壓成型-焊接.車體組裝-涂裝-設備安裝.最終組裝等環(huán)節(jié)。在制造過程中對高性能汽車鋼板的特性要求：
沖壓時不能發(fā)生沖壓裂紋等缺陷，并使形狀復雜的沖壓部件形狀穩(wěn)定化。
② 點焊時焊接飛濺粒子不能粘附在鋼板表面（抗飛濺粘附）。
③ 涂漆底層的化成處理晶粒均勻，陽離子電積涂漆后外觀美麗。
1）沖壓成型性
在沖壓成型過程中，沖壓材料（鋼板）投料后用壓板對鋼板料施加防皺壓力，然后用沖頭沖入，形成要求的形狀。在沖頭沖入時，通過對材料自身變形和材料從壓板流入模具內的控制，獲得設計形狀和尺寸的沖壓件。如果材料和模具之間的摩擦系數大，就容易產生沖壓裂紋。因此，降低GA鋼板表面的摩擦系數對于穩(wěn)定沖壓成型性是十分重要的。
2）點焊性
在汽車制造過程中使用最多的電阻點焊法是用兩個水冷電極對夾緊的鋼板通電，利用產生的焦耳熱在鋼板之間形成熔融區(qū)（熔核）將鋼板焊接。一輛汽車車體要進行3000點~6000點之多的點焊。在實際的點焊操作中，為使焊接點充分熔融，常常增加焊接電流。在這種情況下，會發(fā)生焊接飛濺，在鋼板表面附著直徑1mm以下的熔融鐵粒子，一般將這種現象稱為飛濺粘附。汽車外板的飛濺粘附嚴重影響涂漆后的外觀。
3）涂裝性（化成處理性）
在涂裝時首先要對底層進行化成處理。化成處理是將GA鋼板表面的Zn溶解，然后通過化學反應生成約為10μm大的致密的磷酸鋅晶粒。化成處理后進行陽離子電積涂裝，涂料深入到針狀的磷酸鋅晶粒之間，由于錨固效果使涂層具有附著性。因此，對于汽車用鋼板，化成處理皮膜必須均勻形成。
(2) 表面改質技術的開發(fā)
一般來說，GA鋼板的沖壓成型性不僅受鋼板的力學性能（伸長率、r值、n值等）和沖壓時使用的潤滑油的影響，鍍層表面的滑動性也是沖壓成型性的一個決定性因素。目前GA鋼板保證沖壓成型性的主流思路是，通過加熱合金化來控制鍍層的相結構以及附著潤滑皮膜，而JAZ采用的是對鍍層的最表層進行改質的方法。這種方法概括起來有以下兩點。
1）高熔點Zn系化合物
使鋼板表面高熔點化是降低沖壓模具與GA鋼板的反應性，是抑制沖壓件粘附的有效方法。這種方法對于抑制焊接飛濺粘附也是有效的。此外，將鍍層內的Zn作為表層基體的思路也符合無環(huán)境負荷物質的觀點。
2）獨有的表面結構設計
沖壓成型時發(fā)生斷油會導致沖壓故障，根據這一點，高效率保持潤滑油是防止這類故障的有效措施。
(3) 本技術的特點
汽車部件形狀復雜，不同類別部件，甚至同一部件的不同部位在沖壓過程中的滑動條件也不相同。滑動條件可大致分成3種情況。一是滑動速度很大時的摩擦系數條件（A條件），這是在高面壓作用下控制材料流入時發(fā)生的情況。二是在滑動速度較小時的摩擦系數條件（B條件），這是在較低面壓作用下控制沖頭肩部材料變形時的情況。三是面壓很小，滑動速度也很小時的摩擦系數條件（C條件），這是沖頭底部由于材料和模具接觸才開始產生變形的情況。實際沖壓成型過程中，材料是在這些條件的復合下發(fā)生滑動，所以需要在設定的滑動條件下，評價材料能否進行充分的滑動。在各種滑動條件下本產品的摩擦系數都小于傳統(tǒng)的GA潤滑鋼板。特別是本產品C條件摩擦系數比傳統(tǒng)的GA潤滑鋼板顯著下降，這是本產品的一個特點。
實驗中對強度一定、r值不同的本開發(fā)鋼板和普通GA鋼板的產生皺折的防皺壓力極限和產生裂紋的防皺壓力極限進行了研究。從圖2中可以看出，r值增加，產生皺折的防皺壓力極限值下降，而產生裂紋的防皺壓力極限值增加，結果是可以成型的防皺壓力范圍擴大。還可以看出，r值相同時，本開發(fā)鋼板可以成型的防皺壓力范圍比普通GA鋼板大很多。這說明本開發(fā)鋼板具有優(yōu)良的沖壓成型性，并且即使是r值較小的本開發(fā)鋼板也具有容易沖壓成型的效果，這種效果相當于r值增加0.3。
本開發(fā)鋼點焊時的焊接電流范圍和電極壽命和普通GA鋼板是相同的。這說明本開發(fā)鋼板可以在普通GA鋼板的焊接條件下進行點焊。在實際連續(xù)焊接時，本開發(fā)鋼板和普通GA鋼板在電極劣化和損壞方面沒有差別。在采用本開發(fā)鋼板時，沒有增添新設備的負擔。
此外還進行了焊接飛濺粘附實驗，實驗結果表明本開發(fā)鋼板單位面積飛濺粘附量比普通GA鋼板減少一半以上，說明本開發(fā)鋼板具有良好的抗焊接飛濺粘附能力。
(4) 本開發(fā)鋼板特性小結
本開發(fā)鋼板特性小結如表1所示。本開發(fā)鋼板是環(huán)境友好型、高級質量的并可進行全球制造的高性能汽車用鋼板。本技術是利用獨創(chuàng)的鍍層改質設計技術和新思路的改質技術形成的適于全球化的技術。
3 本開發(fā)鋼板的效果
（1）汽車用鋼板高性能化
本開發(fā)鋼板由于潤滑性的提高，使得過去很難成型的部件可以成型，部件形狀的自由度大大增加。過去用焊接方法組成的大型部件現在采用本開發(fā)鋼板可進行一體化成型。這不僅可以減少沖壓故障，而且由于鋼板減薄和省去焊接區(qū)的鋼板重疊部分，有利于推進汽車輕量化。
由于本開發(fā)鋼板具有良好的抗焊接飛濺粘附能力，可以減少粘附飛濺的清除時間，并可節(jié)約飛濺粘附防止劑，減少了汽車制造的用工時間。
（2）有利于制造環(huán)境友好型汽車
由于本開發(fā)鋼板不含有傳統(tǒng)鍍層中的水污染物質和重金屬，所以有利于這些物質含量的減少。今后，隨著本開發(fā)鋼板用量的增加，效果會十分顯著。
（3）本開發(fā)鋼板具有全球化生產能力
本開發(fā)鋼板是在連續(xù)熱鍍鋅生產線上經鍍鋅和合金化熱處理后，在線進行表面改質處理生產的產品。從2005年開始已經在JFE鋼鐵公司的4條生產線上進行生產。2007年向中國和歐洲提供該項技術，實現了海外生產。發(fā)源于日本的這項技術推廣到海外，可以實現日本國內外的汽車制造采用同一設計和同一制造工藝。
4 今后的發(fā)展方向
近年來，為提高汽車的沖撞安全性和推進汽車輕量化，汽車制造廠積極采用高強度鋼板，鋼鐵廠也大力推進高強度鋼板的開發(fā)和批量化生產。眾所周知，對于高強度鋼板來說，影響成型性的特性值（如沖壓性指標r值）較低，因此成型性較差。實驗室實驗結果表明，本開發(fā)鋼板的成型性好于高強度GA鋼板，因此采用本開發(fā)鋼板可以彌補由于強度提高造成的成型性下降。
今后將本技術用于高強度鋼板將有利于提高汽車的沖撞安全性，實現汽車輕量化，促進CO2減排。
5 小結
JAZ鋼板不像傳統(tǒng)GA潤滑鋼板那樣，在鋼板表面涂敷潤滑皮膜，而是采用對GA鋼板表面進行改質的技術制造高性能GA鋼板。在汽車制造工藝方面正在推進省略工序和低成本工藝，作為鋼鐵企業(yè)應及時地開發(fā)出適應汽車制造工藝變化的GA鋼板。
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