本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新能源電動(dòng)客車車身輕量化焊管材料(BZL550)及其加工方法。
背景技術(shù)：
節(jié)能減排和綠色環(huán)保成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要取向。作為能源消耗和排放大戶的汽車工業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須降低燃油消耗，減少污染排放，汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的關(guān)鍵措施之一是汽車輕量化。輕量化對于新能源電動(dòng)客車的發(fā)展更具有十分重要的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車每減輕10％，燃料節(jié)省6-8％，排放下降4％，并且動(dòng)力性能明顯提高。
汽車輕量化主要由車身、發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤三部分構(gòu)成，而汽車框架管材料作為汽車車身的主要裝備材料，它的輕量化程度直接關(guān)系到新能源電動(dòng)汽車的綜合性能。汽車車身框架管的輕量化關(guān)鍵是選擇新材料來替代現(xiàn)有普遍使用的Q235、Q345碳鋼材料。從目前市場正在開發(fā)試用的新材料有高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金、復(fù)合材料和工程塑料等五大類，其中：Q460等高強(qiáng)鋼，碰撞性能強(qiáng)，加工工藝成熟，成本優(yōu)勢明顯，但減重效果不如其他材料；鋁及鋁合金生產(chǎn)工藝比較成熟，但承載力、力學(xué)性能等與鋼相比仍有差距；鎂的密度低、質(zhì)量輕，但造價(jià)高，全生命周期的時(shí)候碳排放較高；塑料制品質(zhì)量輕、加工性能良好，但在回收處理過程中存在環(huán)境污染問題，限制了其使用范圍；碳纖維材料輕量化效果最好，但是價(jià)格昂貴，加工使用技術(shù)、設(shè)備難度大，廣泛應(yīng)用難度大。因此，技術(shù)和成本成為制約汽車車身包括汽車整體輕量化新材料應(yīng)用的最大問題，也是困擾我國新材料和汽車行業(yè)多年發(fā)展的難題。
因此，開發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)、低成本合金鋼直縫焊管新材料及其成品，成為新能源電動(dòng)客車乃至所有汽車車身實(shí)現(xiàn)輕量化的當(dāng)務(wù)之急和關(guān)鍵所在。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種新能源電動(dòng)客車車身輕量化焊管材料(BZL550)及其加工方法，質(zhì)量百分比：C0.06％-0.08％、Si0.005％-0.015％、Mn1.22-1.25％、P0.017％-0.019、S0.001％-0.003％、Ale0.033％-0.035％、Ti0.01-0.03％、Te98.5％-98.7％。
一種新能源電動(dòng)客車車身輕量化焊管材料的加工方法，步驟如下：
(1)采用新的分切刀具和操作工藝，按照車身框架(矩形)管的規(guī)格進(jìn)行分條；
(2)采用高分子樹脂砂磨料及其專用加工設(shè)備，對高強(qiáng)低合金鋼鋼帶進(jìn)行表面處理，去除鋼帶表面氧化皮、銹斑和雜質(zhì)；
(3)對進(jìn)料切頭改用鈦合金刀具，確保這種高強(qiáng)鋼的切頭質(zhì)量和速度；
(4)對鉻12的軋輥、模具增加鈦涂層，以提高其耐磨、耐壓的性能，適應(yīng)這種高強(qiáng)鋼變形和整形的需要；
(5)適當(dāng)降低高強(qiáng)鋼帶變形和整形速度，弱化BZL550輕質(zhì)高強(qiáng)鈦微合金鋼表面加工硬化；
(6)提高高頻焊的溫度1460℃以上；
(7)改換鎢鋼合金焊渣刨刀，確保焊縫表面無砂眼、無焊斑、無搭接等；
(8)增加矯直輥的禁錮度5％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：明顯提升了新能源電動(dòng)客車車身框架管的質(zhì)量，其屈服強(qiáng)度達(dá)到460Mpa以上、抗拉強(qiáng)度達(dá)到600Mpa以上、延伸率達(dá)到26％以上，相比Q235材質(zhì)強(qiáng)度提高了1倍左右；車身減重達(dá)到28％以上，進(jìn)一步對車身框架管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，車身減重效果將達(dá)到40％；按照每減重10％、汽車燃油率降低6-8％、排放減少4％計(jì)算，可以降低燃油率30％左右、排放減少16％左右；同時(shí)安全性能、動(dòng)力性能同步提升；企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯增加。
具體實(shí)施方式
一種新能源電動(dòng)客車車身輕量化焊管材料，其質(zhì)量百分比：C0.07％，Si0.01％，Mn1.22-1.25％，P0.018％，S0.002％，Ale0.034％，Ti0.01-0.03％，Te98.6％。
金屬鈦對于合金鋼的強(qiáng)度提升和輕量化效果至關(guān)重要。鈦與鋼液中的碳C反應(yīng)形成大量細(xì)小、彌散分布的TiC質(zhì)點(diǎn)，可以細(xì)化奧氏體枝晶，改善共晶碳化物的形態(tài)與分布，故在成分設(shè)計(jì)中，將鈦含量控制在0.01-0.03％，直接加入鋼液中。但是鈦含量過少不利于使基體產(chǎn)生足夠的結(jié)晶核心質(zhì)點(diǎn)和共晶化合物來細(xì)化碳化物；過多則使鋼液的流動(dòng)性和充型能力降低，不利于提高工件致密性，對耐磨性能有負(fù)面影響，所以在成分設(shè)計(jì)中控制鈦的上限為0.03％。
碳C對增強(qiáng)材質(zhì)的耐磨的組織和性能起到重要作用，它既能固溶強(qiáng)化，又能夠增強(qiáng)碳化物的相，還能促使馬氏體轉(zhuǎn)變，提高材料的淬硬型；但碳C不能含量太多，否則會(huì)增加材料脆性，太少會(huì)使材料耐磨性降低，本材料中控制碳C在0.07％。
一種新能源電動(dòng)客車車身輕量化焊管BZL550輕質(zhì)高強(qiáng)鈦微合金直縫焊管的加工方法，步驟如下：
(1)采用新的分切刀具和操作工藝，按照車身框架(矩形)管的規(guī)格進(jìn)行分條；
(2)采用高分子樹脂砂磨料及其專用加工設(shè)備，對高強(qiáng)低合金鋼鋼帶進(jìn)行表面處理，去除鋼帶表面氧化皮、銹斑和雜質(zhì)；
(3)對進(jìn)料切頭改用鈦合金刀具，確保這種高強(qiáng)鋼的切頭質(zhì)量和速度；
(4)對鉻12的軋輥、模具增加鈦涂層，以提高其耐磨、耐壓的性能，適應(yīng)這種高強(qiáng)鋼變形和整形的需要；
(5)降低高強(qiáng)鋼帶變形和整形速度為30米/分以下，弱化BZL550輕質(zhì)高強(qiáng)鈦微合金鋼表面加工硬化；
(6)高頻焊焊接速度降至30米/分；
(7)改換鎢鋼合金的焊渣刨刀，確保焊縫無砂眼、無焊斑、無搭接等；
(8)矯直輥的禁錮度增加5％。
實(shí)驗(yàn)對比1：
通過實(shí)驗(yàn)BZL550材料對比顯示：BZL550輕質(zhì)高強(qiáng)鈦微合金鋼性能與Q235普碳鋼材料進(jìn)行對比，明顯優(yōu)于Q235普碳鋼材料，實(shí)現(xiàn)材料的輕量化替代技術(shù)上是可行的、材料性能上有保證。
材料靜態(tài)拉伸測試BZL550輕質(zhì)高強(qiáng)鈦微合金鋼與Q235相比：總體抗拉強(qiáng)度提升15.5％、比吸能提升25％，減重28％左右，屈服強(qiáng)度提升17.6-29.9％、抗拉強(qiáng)度提升16.2-25％、斷后延長率相提升25％。
實(shí)驗(yàn)對比2：
通過實(shí)驗(yàn)BZL550材料對比顯示：輕質(zhì)高強(qiáng)度微合金鈦鋼材料制作的主要應(yīng)用于客車框架的4種規(guī)格的方管、分別為50mm×40mm×1.5mm、40mm×40mm×1.5mm、40mm×40mm×1.2mm和40mm×30mm×1.2mm，從成型方管樣件上截取試樣，取長度150mm方管進(jìn)行軸向壓縮試驗(yàn)和取長度500mm方管進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，結(jié)合前期材料試驗(yàn)的報(bào)告，對比新材料-輕質(zhì)高強(qiáng)鈦微合金鋼和原結(jié)構(gòu)材料Q235-普碳鋼的力學(xué)性能差異，
試驗(yàn)結(jié)果表明：針對三點(diǎn)彎曲峰值載荷參數(shù)，3種規(guī)格方管(50mm×40mm×2.0mm、40mm×40mm×2.0mm和40mm×30mm×2.0mm)，新材料BZL550都顯示出較Q235良好的結(jié)構(gòu)承載特性，結(jié)構(gòu)承載能力提升21.2％-42.4％。要實(shí)現(xiàn)BZL500在客車框架中的材料替換，相同規(guī)格下，替換厚度為2mm的原結(jié)構(gòu)材料Q235，新材料BZL550結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)介于1.5mm-2mm之間。針對不同加載位移下，三點(diǎn)彎曲吸收能量參數(shù)，3種規(guī)格方管(50mm×40mm×2.0mm、40mm×40mm×2.0mm和40mm×30mm×2.0mm)，新材料BZL550都顯示出較Q235良好的吸能特性，加載5-70mm結(jié)構(gòu)吸收能量提升12.5％-60.6％.
針對相同規(guī)格、相同厚度的方管結(jié)構(gòu)，新材料BZL550軸向壓縮&三點(diǎn)彎曲的承載能力及吸能特性均優(yōu)于Q235，BZL550較Q235軸向壓縮承載能力平均提升30.5％-41.7％，三點(diǎn)彎曲承載能力平均提升21.2％-42.4％；BZL550較Q235軸向壓縮加載45mm吸收總能量提升26.9％-46.8％，三點(diǎn)彎曲加載70mm吸收總能量提升31.4％-60.6％。從結(jié)構(gòu)層面分析，針對相同規(guī)格尺寸的方管結(jié)構(gòu)，采用新材料BZL550替換Q235在不增加重量的前提下，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的提升，即承載能力和吸能特性顯著提升。或者保持原有車型Q235管材結(jié)構(gòu)相同的承載特性，可選用較薄的新材料BZL550(1.5mm<厚度<2mm)替換Q235(厚度為2mm)實(shí)現(xiàn)有效減重?？紤]到現(xiàn)有客車框架偏重，結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)可能偏保守，所以如果采用小于或等于1.5mm的新材料BZL550替換原車Q235，在單根簡單管材結(jié)構(gòu)測試上雖然偏弱，但在整車結(jié)構(gòu)上是存在滿足整車性能(彎曲，扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)彎，制動(dòng)，模態(tài)，側(cè)翻)的可能性的。具體需要結(jié)合客車企業(yè)要求，進(jìn)一步開展整車CAE分析。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。