低合金高強(qiáng)度鋼在空調(diào)鈑金件中的應(yīng)用前景

龍 江，蔣子琪

(珠海格力電器股份有限公司，珠海 519070)

前言

現(xiàn)有的空調(diào)的支承件和結(jié)構(gòu)件中鈑金件占據(jù)了很大的比例，鈑金件的強(qiáng)度質(zhì)量在空調(diào)的安全性和結(jié)構(gòu)性中起著至關(guān)重要的作用，所使用原材料(鋼板)強(qiáng)度的提高、性能的改善與空調(diào)的使用壽命、安全性能提高、工藝改善、產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)及成本降低都有很大關(guān)系。

根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)查情況，為實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，高強(qiáng)度板在汽車的車身中使用相當(dāng)廣泛[1]。但是在空調(diào)行業(yè)的鈑金件制作中卻很難看到低合金高強(qiáng)度鋼的身影。

1 材料介紹及參數(shù)分析

在傳統(tǒng)的方式中，鋼強(qiáng)度的增強(qiáng)方式主要是提高鋼中碳的含量來實(shí)現(xiàn)，但是隨著碳含量的增加，鋼板的塑性會(huì)降低，焊接性能也會(huì)下降。但是低合金高強(qiáng)度鋼卻改變了這一現(xiàn)狀，以低碳和低硫?yàn)橹饕卣?，在鋼中添加少量合金元素，通過細(xì)化晶粒的方式來提高鋼的強(qiáng)度，并通過連續(xù)退火來獲得良好的綜合力學(xué)性能。

1.1 定義

行業(yè)上按力學(xué)性能分類，通常將屈服強(qiáng)度大于210MPa小于510MPa，抗拉強(qiáng)度大于270MPa小于700MPa的鋼稱為高強(qiáng)度鋼，低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA鋼)屬于其中一種[2]。

低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA鋼)是指在低碳鋼中添加少量合金化元素使軋制態(tài)或正火態(tài)的屈服強(qiáng)度超過275MPa的低合金工程結(jié)構(gòu)鋼，它的含合金總量<3%。

一般按強(qiáng)度分為300、350、400和450MPa等4個(gè)級(jí)別。

1.2 材料參數(shù)

通過對(duì)某鋼廠提供350MPa級(jí)別的樣件進(jìn)行實(shí)際的分析，得出了該級(jí)別低合金高強(qiáng)度鋼化學(xué)成分參數(shù)(如表1)，以及1.2mm厚度和0.8mm厚度所對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能參數(shù)(如表2)。

表1 350MPa級(jí)低合金高強(qiáng)度鋼化學(xué)成分

表2 350MPa級(jí)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能

2 性能

對(duì)于空調(diào)的鈑金件而言，除了要求原材料有較高的強(qiáng)度以外，同樣還需要有較好的加工性，包括：成形性能、點(diǎn)焊性能，同時(shí)還要有合適的防腐性。

2.1 強(qiáng)度

使用高強(qiáng)度鋼的目的主要是在不增加重量的情況下而得到強(qiáng)度更高更耐久的結(jié)構(gòu)或者在同樣的結(jié)構(gòu)條件下使用更薄的材料，典型碳素結(jié)構(gòu)鋼的最小屈服點(diǎn)為235MPa。而典型低合金高強(qiáng)度鋼的最小屈服點(diǎn)為345MPa。根據(jù)比例關(guān)系，低合金高強(qiáng)度鋼的使用允許應(yīng)力是碳素結(jié)構(gòu)鋼的1.4倍。與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，使用低合金高強(qiáng)度鋼可以獲得更小尺寸，更輕質(zhì)量的零件。

2.2 成形性能和點(diǎn)焊性能

2.2.1 成形性能

隨著鋼板材料強(qiáng)度的提高，材料的硬化指數(shù)的延伸率會(huì)降低，低合金高強(qiáng)度鋼的整體成形性能要低于碳素結(jié)構(gòu)鋼。

因?yàn)楸砻媛N曲度較高，高強(qiáng)度鋼板成形后回彈相對(duì)較大，不過，即使低合金高強(qiáng)度鋼的成形操作變形相當(dāng)劇烈，但同樣可以使用用于碳素結(jié)構(gòu)鋼成形的各種設(shè)備。只需在成形模具中加大回彈的修正值，增加折彎的半徑即可保證。

2.2.2 點(diǎn)焊性能

通過使用焊接模擬軟件對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼進(jìn)行點(diǎn)焊方面的模擬，低合金高強(qiáng)度鋼能滿足現(xiàn)有點(diǎn)焊的要求。

圖1 低合金高強(qiáng)度鋼點(diǎn)焊模擬圖

2.3 防腐性

按照鋼板的腐蝕機(jī)理，鋼板的腐蝕是從外向內(nèi)逐層腐蝕的?，F(xiàn)有空調(diào)鈑金件所使用的鍍鋅板防腐性能都是通過鋼板表面的鍍鋅層或者在表面上增加防腐層(例如表面噴涂)來實(shí)現(xiàn)。

圖2 低合金高強(qiáng)度鋼點(diǎn)焊應(yīng)力云圖

表3 低合金高強(qiáng)度鋼的加工性能可行性

高強(qiáng)鋼可采用鍍鋅防腐工藝，在高強(qiáng)鋼的表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囂幚?如耐指紋處理、鈍化處理、噴涂處理等)，可達(dá)到出色的防腐效果，可滿足空調(diào)器的防腐標(biāo)準(zhǔn)。

通過對(duì)某鋼廠提供的樣件進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，低合金高強(qiáng)度鋼防腐性能滿足空調(diào)器鈑金件的防腐要求。

圖3 基板200H鹽霧未出現(xiàn)紅繡

3 應(yīng)用

以某款電機(jī)支架為例進(jìn)行比較(按年產(chǎn)量1200萬件進(jìn)行計(jì)算)，現(xiàn)有該零件加工使用的碳素合金鋼材料厚度為1.2mm，若按照低合金高強(qiáng)度鋼1.4倍的允許應(yīng)力比值進(jìn)行計(jì)算，使用0.8mm的料厚即可達(dá)到要求，對(duì)零件加工過程進(jìn)行適當(dāng)處理后，通過做樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

圖4 試驗(yàn)后電機(jī)支架狀態(tài)

表4 電機(jī)支架樣件試驗(yàn)結(jié)果

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，0.8mm厚的低合金高強(qiáng)度板完全能替代1.2mm厚的碳素合金鋼，滿足各種加工和性能的要求，但使用低合金鋼能大大的節(jié)約材料的成本(普通碳素鋼按6000元/噸，低合金高強(qiáng)度鋼按6100元/噸)。

表5 材料成本對(duì)比表

4 結(jié)論

通過大量的工藝參數(shù)和工藝試驗(yàn)的分析，不管是在力學(xué)性能方面還是加工性能、防腐性方面，低合金高強(qiáng)度鋼都能很好的滿足現(xiàn)有空調(diào)器鈑金件原材料所需的要求，在保證零件的各種性能的情況下，所加工的產(chǎn)品能獲得比普通鋼板更薄的截面(厚度)和更低廉的成本。

隨著現(xiàn)代社會(huì)消費(fèi)者對(duì)空調(diào)器產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，空調(diào)器加工的質(zhì)量管理控制也到了一個(gè)近乎嚴(yán)苛的地步。更輕的質(zhì)量、更穩(wěn)定的性能、更低廉的價(jià)格都成了消費(fèi)者和生產(chǎn)者追求的方向。而恰好低合金高強(qiáng)度鋼在空調(diào)器的鈑金件加工中能更好的滿足這一要求。

相信在不久的將來，低合金高強(qiáng)度鋼會(huì)在空調(diào)的鈑金件加工中得到非常廣泛的應(yīng)用。

[1] 周岱云．高強(qiáng)度鋼板在汽車車身中的應(yīng)用[J]．汽車工程師，2012，(1)：55-56

[2] 馬鳴圖，Ming F.Shi．先進(jìn)高強(qiáng)度鋼及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J]．鋼鐵，2004，(7)：68-72