1 汽車材料變化的主要特點
日本汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展始終是依靠技術領先來實現(xiàn)的。20世紀80年代以后，日本汽車已經(jīng)開始銷往全世界，可靠的動力性、極強的經(jīng)濟性和先進的電子操縱系統(tǒng)帶來的極其便利的使用性能使日本汽車在世界市場極具競爭力。這種變化是和汽車產(chǎn)業(yè)在材料應用方面的先導作用密不可分的。根據(jù)20世紀90年代以后汽車材料的應用特點，不難看出日本汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中材料應用的主要變化。影響汽車制造的主要因素有兩方面：一方面是汽車產(chǎn)品自身結構的設計技術，世界主要發(fā)達國家汽車制造企業(yè)都具有大規(guī)模的研發(fā)中心，汽車純理論研究成果并不顯著，相反汽車結構設計和越來越先進的電子技術的廣泛應用成為汽車產(chǎn)業(yè)領先發(fā)展的標志；另一方面就是汽車材料技術的應用。材料技術應用的主要特點是汽車加工工藝性合理化、安全性、輕量化以及環(huán)保性。
1.1 工藝性及加工性材料
汽車設計技術的發(fā)展要求材料技術相應得到提高。復雜、先進的設計結構和合理有序的加工工藝性能之間存在一定的矛盾，理想的結構設計必然會給工藝制造帶來一些不合理因素。隨著汽車市場飛速發(fā)展，要求汽車行駛速度和安全可靠性能不斷提高。提高穩(wěn)定性下的汽車行駛速度必須通過提高汽車動力性能加以解決，但受汽車結構空間限制，不可能通過擴大結構、加大發(fā)動機缸數(shù)來實現(xiàn)其高動力性，因此解決的方法只能是不斷提高材料強度和加工精度，以此來提高零部件運行性能，減少動力損耗，提高輸出動力。因此，材料加工合理性成為關鍵。日本在提高材料加工應用性方面采取鋼鐵公司和汽車公司聯(lián)合研制、合作開發(fā)模式。汽車制造公司一般只向鋼鐵公司提出產(chǎn)品性能要求和加工工藝要求，具體材料的化學成分及機械特性等則由雙方共同確定，鋼鐵公司為滿足汽車公司要求，主動在鋼廠研究機構設立完備的汽車材料試驗設備。在日本最大的鋼鐵制造企業(yè)——新日本鋼鐵株式會社技術中心及各鋼鐵制作所建立了比汽車制造工廠更完善的試驗室，試驗設備從先進的光譜金相組織分析儀、拉伸性能試驗機、高溫滲碳爐、鍛造設備到試驗用2t冶煉電爐等。新日鐵公司向豐田、日產(chǎn)等汽車公司提供的汽車鋼材在此進行各項試驗，有些汽車企業(yè)所必須進行的試驗項目在鋼廠也代替完成。汽車用鋼材主要分兩大類，一類是棒線材結構鋼，另一類是板材沖壓成形加工材料。以下重點介紹在改進工藝性方面，日本鋼廠新開發(fā)的兩種新材料。
1.1.1 非調(diào)質(zhì)鋼
汽車上鍛造用特殊鋼（國內(nèi)稱為優(yōu)鋼）的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為棒鋼→切斷→加熱→鍛造→熱處理→機械加工。由于特殊鋼加熱鍛造后強度下降，鍛造完成后必須進行熱處理調(diào)質(zhì)處理，因此也將特殊鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。為進行調(diào)質(zhì)處理，一般鍛造廠中都有一個很大的熱處理車間，熱處理工藝成本高，環(huán)境污染，人員需求多。日本熱處理調(diào)質(zhì)(QT)費用平均為250美元／t，大約占鋼材成本的30％。國外由于人工成本和能源電幾力成本較高，熱處理費用占加工工藝總成本比例逐步提高。為提高汽車特殊鋼加工工藝性能和降低成本，日本新日鐵公司和豐田、日產(chǎn)等汽車公司合作開發(fā)了非調(diào)質(zhì)鋼材料。
1.1.1.1應用對象
日本非調(diào)質(zhì)鋼是相對調(diào)質(zhì)鋼而言，指不要進行調(diào)質(zhì)處理的特殊鋼。應用對象是軸類件和冷鐓加工零件。主要產(chǎn)品為汽車前梁（前軸）、曲軸、轉向節(jié)、半軸、轉向臂和冷鐓加工使用的螺栓、螺母汽車標準件等。
1.1.1.2主要特點
汽車軸類零件主要特點都是需要熱鍛造和冷鍛加工，熱鍛前加熱溫度最高達1250℃，普通調(diào)質(zhì)鋼在經(jīng)過加熱后強度大幅降低，一般調(diào)質(zhì)鋼加工前的材料抗拉、強度為900-1000MPa，鍛造加熱到1000℃以上，鍛造完成后鍛件強度下降到200-300MPa，經(jīng)熱處理淬火處理后，一般可以達到1700~2000MPa，再經(jīng)過回火處理使強度恢復到900-1000MPa的要求。淬火加回火熱處理工藝稱熱處理調(diào)質(zhì)處理。鍛造廠對鍛件進行熱處理調(diào)質(zhì)處理需要大型熱處理爐，現(xiàn)代汽車生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，對需進行熱處理加工零件數(shù)量不斷增多，因此熱處理設備也在不斷擴大。大型熱處理設備需要大量電力，對環(huán)境等也產(chǎn)生影響，而且熱處理設備必須常年運行，浪費大量能源，受能力限制往往還制約企業(yè)臨時增產(chǎn)計劃的完成。而非調(diào)質(zhì)鋼由于不需要熱處理工藝，它的開發(fā)、應用對減少生產(chǎn)工藝具有重要意義。
1.1.1.3使用非調(diào)質(zhì)鋼數(shù)量
日本近80%以上汽車企業(yè)已開始采用非調(diào)質(zhì)鋼，絕大多數(shù)企業(yè)已完全取消了熱處理工廠。2004年日本汽車特殊鋼用量為319萬t，其中非調(diào)質(zhì)鋼為204萬t，占64%。采用的零部件主要以汽車結構件、保安件為主，汽車底盤、部分重要傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)中主要零部件都開始使用非調(diào)質(zhì)鋼。
1.1.2 MZ鍍膜鋼板ZINKOTEMZ（P-Steel）
MZ鍍膜鋼板是日本新日鐵公司專利產(chǎn)品，由新日鐵廣田和八幡制鐵所制造。
1.1.2.1主要特點
a.環(huán)保性能優(yōu)良。MZ鋼板幾乎不含任何有害環(huán)境的元素，在汽車使用和回收中不會給環(huán)境造成污染。
b.成本低。因加人Mg的效果，即使薄鍍鋅層也有良好的耐腐蝕性、沖壓性和焊接性。
c.適用于輕量化技術（薄鍍鋅層）。易于鋼板高強度化和采用激光焊接。
1.1.2.2鍍膜構造
MZ鋼板表面經(jīng)電鍍處理后鍍鋅，鍍鋅層為30g/m2，鍍鋅層上面再附著兩層膜，里層是含Mg磷酸鹽處理層，外層是Mg無機膜。MZ鍍膜構造主體是EG(30g/m2)+2層鍍膜，其效果相當于電鍍鋅(EG)鋼板60g/m2鍍鋅量。因此，MZ鋼板特殊構造使其具有良好的耐腐蝕性、沖壓性和焊接性。
1.1.2.3MZ鋼板和普通電鍍鋅(EG）鋼板比較
a.耐腐性。
MZ鋼板開孔處最大腐蝕深度為0.45mm，低于電鍍鋅的0.52mm。日本馬自達公司應用MCTII模型方法對門板壓合后開孔處進行的腐蝕試驗表明，MZ鋼板最大腐蝕深度為0.4mm，低于電鍍鋅(EG60)0.6mm水平。經(jīng)外表面腐蝕試驗分析，MZ鋼板最大膨脹幅度為0.8mm，EG60為1.1mm，表明MZ板優(yōu)于電鍍鋅板。
MZ鋼板耐腐蝕性優(yōu)異的主要原因是加人鎂磷酸鹽后的鋅具有氧化還原抑制作用，鋅腐蝕生成物ZnC12+4Zn(OH)2具有保護作用，同時雙層鍍膜還起到兩重保護作用。
b.生產(chǎn)性。
MZ鋼板摩擦因數(shù)為0.075-0.125，低于EG60的0.125-0.225。摩擦因數(shù)低可保證具有良好的沖壓成形性能。特別是用深沖零件沖壓比較，MZ鋼板的沖裂數(shù)遠低于EG60，是EG60的1/10。
連續(xù)多點焊接試驗分析表明，MZ鋼板適應電流范圍大，可在8.5~10.5kA，EG60僅在9.8-10.8kA.MZ鋼板連續(xù)多點焊接數(shù)也優(yōu)于EG60板。
油漆處理后鋼板表面變化情況分析表明,MZ鋼板在鋼板外表面形成高密度微細結晶，可確保涂裝性能及外觀防銹性能。
目前，在一汽轎車公司生產(chǎn)的Mazcla6轎車車身外板正使用MZ鍍膜鋼板。其良好的沖壓性能，可靠的焊接性和長久的耐腐蝕性得到好評。
——《中國金相分析網(wǎng)》
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