Раздел материалов (1): Применение материалов из низкоуглеродистой стали серий DC01-DC07

Значительная доля материалов, используемых в производстве автомобильных кузовов, приходится на низкоуглеродистую сталь.

Низкоуглеродистая сталь серии DC, применяемая во всем мире в соответствии с европейской системой стандартов, является основным стандартным материалом для всех производителей автомобилей. В этой статье будет проведен краткий анализ характеристик материалов, механических свойств, имитационных моделей CAE и конкретных применений холоднокатаных стальных листов DC01-DC07 и оцинкованных листов из цинкового сплава DC51D + ZF-DC57D + ZF в автомобилестроении.

Классификация материалов и система стандартов

Низкоуглеродистые стали серии DC строго подразделяются на две категории для различных сценариев применения.

1.1 Холоднокатаные листы из низкоуглеродистой стали (DC01-DC07)

Применимый стандарт: EN 10130:2020 (последний европейский стандарт), эквивалентный китайскому стандарту GB/T 5213-2019.

• Основные характеристики: Превосходное качество поверхности, превосходная формуемость и низкая стоимость.

•Ее основные эксплуатационные преимущества заключаются в следующем. Благодаря низкому содержанию углерода и строгому контролю за содержанием примесей сталь обладает превосходной способностью к холодной штамповке, что позволяет легко выполнять основные процессы, такие как гибка и штамповка. Он также обладает хорошей свариваемостью и подходит для высокоточного сплющивания, продольной резки и раскроя со стабильной точностью размеров после обработки.

Что касается характеристик поверхности и размеров, то холодная прокатка и чистовая обработка обеспечивают гладкую поверхность без видимых окалин, трещин и других дефектов, поэтому последующее покрытие может быть выполнено без дополнительной шлифовки. Кроме того, изделия отличаются высокой точностью по толщине и ширине при хорошей консистенции партии.

Определение марки:

D: Плоская сталь для холодной штамповки

C: Холоднокатаный базовый лист

Цифра: Обозначает сорт формовки, чем больше цифра, тем лучше формуемость.

1.2 Горячеоцинкованные стальные листы (DC51D+ZF ~ DC57D+ZF)

•Применимый стандарт: EN 10346:2022 (последний европейский стандарт), соответствующий стандарту Baosteel Q/BQB 420-2020.

•Основные характеристики: На холоднокатаную подложку наносится покрытие из сплава цинк-железо, повышающее коррозионную стойкость и адгезию краски более чем в три раза.

•Определение марки стали:

• Первые две буквы D: Плоская сталь для холодной штамповки

•Цифры с 51 по 57: Степень формуемости, соответствующая DC01-DC07 (в стандарте не указана степень 55)

•Третья буква D: Горячее цинкование

•+ZF: Покрытие из сплава цинк-железо (оцинкованное), отличное от покрытия из чистого цинка + Z

Модели материалов сердечника для CAE-моделирования

При моделировании столкновений и штамповки автомобилей низкоуглеродистая сталь серии DC в основном моделируется с использованием следующих двух типов:

2.1 Предпочтительная модель для моделирования разрушения: MAT_024

Кусочно-линейная модель пластичности, применимая для анализа разрушения и жесткости всех сталей постоянного тока.

•Общие базовые параметры (для всех сталей постоянного тока):

•Плотность ρ = 7,85e-6 кг/мм3

•Модуль Юнга E = 210 ГПа

•Коэффициент Пуассона ν = 0,3

•Параметры скорости деформации: C = 40,0, P = 5,0 (общие рекомендуемые значения; для высокоточного моделирования следует использовать данные измерений материала)

•Необходимые исходные данные: кривая зависимости истинного напряжения от пластической деформации (рекомендуется использовать данные измерений в диапазоне пластических деформаций от 0 до 0,5)

2.2 Предпочтительная модель для моделирования штамповки: MAT_124

Трехпараметрическая модель текучести Barlat, которая точно моделирует анизотропию стальных листов.

•Требуются дополнительные данные: коэффициент пластической деформации (r-значение) и показатель упрочнения (n-значение) (для различных марок смотрите таблицу механических свойств).

•Дополнительное примечание: Для повышения точности моделирования высокоточной штамповки рекомендуется использовать материал MAT_133 (Barlat Yld2000).

Типичный код модели MAT_24 для DC04

Механические свойства

3.1 Механические свойства холоднокатаного проката DC01-DC07 (EN 10130:2020)

3.2 Механические свойства оцинкованной стали DC51D+ZF~DC57D+ZF (EN 10346:2022)

Основные характеристики

• Предел текучести: Для холоднокатаных низкоуглеродистых сталей DC01~DC07, чем выше номер марки, тем ниже содержание углерода и тем больше добавляемых микролегирующих элементов. Соответственно, предел текучести постепенно снижается, в то время как относительное удлинение и способность к глубокой вытяжке улучшаются. Более низкий предел текучести означает меньшую устойчивость к пластической деформации и лучшую формуемость. DC07 обеспечивает оптимальную формуемость в этой серии и подходит для чрезвычайно сложных процессов глубокой вытяжки.

• Относительное удлинение: чем больше это значение, тем выше пластичность и тем меньше вероятность растрескивания.

•r-значение: основной показатель способности к глубокой вытяжке. Более высокое значение r означает превосходную производительность глубокой вытяжки.

•значение n: ключевой параметр для формообразования при растяжении. Более высокое значение n означает более высокую способность к равномерной деформации.

Целевое применение на компонентах автомобиля

4.1 Наружные панели кузова

Оцинкованные стальные листы в основном используются для изготовления наружных панелей кузова обычных легковых автомобилей, в то время как небольшое количество холоднокатаных стальных листов по-прежнему используется на недорогих коммерческих автомобилях.

Рисунок 1: Наружная панель со стороны кузова (DC56D+ZF / 0,7 мм) – Самая крупная и сложная наружная панель кузова транспортного средства

4.2 Внутренние панели кузова и конструктивные элементы

Рисунок 2: Передняя панель в сборе (DC04 / DC54D+ZF / 0,8 мм) – Штампованная деталь большой площади

4.3 Шасси и специальные компоненты

Пластиковые топливные баки широко используются в легковых автомобилях, в то время как металлические топливные баки по-прежнему используются в коммерческих автомобилях и некоторых автомобилях специального назначения.

Рисунок 3: Отверстие для запасного колеса автомобиля (DC06/DC56D+ZF/0,8 мм) – Деталь с глубокой вытяжкой

Обычный текст

Шаг 1: Определите требования к коррозионной стойкости

├─ Сухая внутренняя среда → Выберите холоднокатаную сталь (DC01-DC07)

└─ Открытые участки снаружи / Корпус / Влажная среда → Выберите оцинкованную сталь (DC51D+ZF-DC57D+ZF)

Шаг 2: Оцените сложность формования деталей.

├─ Простая гибка/отбортовка / Небольшие кронштейны → DC01/DC51D+ZF

├─ Обычная вытяжка / Усиливающие пластины / поперечины → DC03/DC52D+ZF

├─ Глубокая вытяжка / Общие внутренние панели / Панели пола → DC04/DC53D+ZF

├─ Сверхглубокая вытяжка / Сложные внутренние панели / Корпуса колес → DC05/DC54D+ZF

├─ Сверхглубокая вытяжка / Наружные панели / Отверстия для запасных колес → DC06/DC56D+ZF

└─ Сверхглубокая вытяжка / Металлические топливные баки → DC07/DC57D+ZF

Шаг 3: Проверка оптимизации затрат

├─ При соблюдении эксплуатационных требований отдавайте предпочтение низкосортным сталям

├─ Холоднокатаная сталь того же сорта примерно на 8-12% дешевле оцинкованной стали

└─ DC01 стоит примерно на 10-15% дешевле, чем DC06.

Сравнительная таблица основных марок в Стране и за рубежом

Сравнение марок холоднокатаной низкоуглеродистой стали 6.1

6.2 Сравнение марок стальных листов, оцинкованных горячим способом

Дополнительное примечание: Китайские национальные стандартные марки используют префикс DX, который по своим характеристикам идентичен европейским маркам с префиксом DC и может использоваться как взаимозаменяемый.

Отраслевые тенденции и примечания

7.1 Три основные тенденции развития

1. Полная замена оцинкованного листа: Основные автопроизводители добились 100%-ной оцинковки наружных панелей кузова. Уровень оцинковки внутренних панелей вырос с 60% в 2020 году до более чем 85% в 2025 году.

2. Растущее потребление стали сверхглубокой вытяжки: В связи со все более сложными конструкциями автомобилей доля используемых сталей DC06/DC07 и DC56D+ZF/DC57D+ZF увеличилась с 10% до 25%.

3. Тонкие характеристики: Благодаря оптимизации процесса формовки, крупные производители автомобилей, как правило, заменили сталь толщиной 0,7 мм на сталь толщиной 0,65 мм, а в некоторых моделях стали использовать сталь толщиной 0,6 мм или даже 0,55 мм.

7.2 Распространенные ошибки при выборе материала

•❌ Тщательный выбор высококачественной стали: Использование DC07 для компонентов, подходящих для DC06, увеличит затраты на материалы примерно на 5-8%.

•❌ Пренебрежение различиями в покрытиях: Покрытие из сплава цинк-железо (+ZF) обеспечивает более чем на 30% лучшую свариваемость и более высокую адгезию краски, чем покрытие из чистого цинка (+Z), что делает его более подходящим для автомобильных кузовов.

•❌ Незнание эффекта скорости деформации: Исключение параметров C и P при моделировании аварии приведет к получению результатов, примерно на 15-20% более мягких, чем в реальных условиях.

•❌ Использование однородных параметров материала: При высокоточном моделировании должны использоваться фактические измеренные данные, предоставленные поставщиком для материалов, и не могут использоваться общие параметры напрямую.

Краткий справочник: Распространенные дефекты штамповки стали и решений серии DC.

8.1 Общие дефекты (Применимо как к холоднокатаной, так и к оцинкованной стали)

8.2 Дефекты, характерные для оцинкованных стальных листов (DC51D+ZF ~ DC57D+ZF)

8.3 Основные параметры процесса штамповки для различных марок стали постоянного тока

Вывод

Низкоуглеродистая сталь серии DC является краеугольным камнем автомобильной промышленности и основным материалом, которым должны овладеть все инженеры-автомобилестроители.

Глубокое понимание различий в свойствах различных марок и способов устранения распространенных дефектов штамповки позволяет достичь оптимального баланса между производительностью, качеством и стоимостью при разработке продукта.

С развитием автомобильной электрификации низкоуглеродистая сталь серии DC постоянно совершенствуется. Она дополняет высокопрочную сталь и алюминиевый сплав, что в совокупности обеспечивает устойчивое развитие автомобильной промышленности.