一文全面了解汽车用钢材的一切

1、一文全面了解汽车用钢材的一切用钢造汽车对于现代人来说是最基本的常识，但是很多 人对车用钢的理解还停留在低碳钢的阶段。其实虽然同为钢 材，如今的车用已经不能和几十年前的车用钢同日而语。近 几十年对车用钢的研究一直大步向前，车用钢板越来越薄， 钢材强度和耐腐蚀性能大幅提高。许多钢铁企业为了应对新 材料的冲击正积极和汽车企业合作开发能够与铝合金、塑 料、碳纤维复合材料抗衡的轻量化高强度钢。但是在混杂的 汽车市场，现在很多企业都说自己用了“高强度钢” ，其实 什么级别的钢算“高强度钢”没有一个准确定义，它的指标 是随钢材强度提升过程增长的。其实就类似于如今车型名称 里的“新”，什么“新 XX 车型”、

2、“全新 XX 车型”、“新一代 XX 车型”都是相对于上一代说的。于是企业市场部继续发 挥混淆视听大放烟幕弹， 只要是 300Mp 级别以上的都叫 “高 强度钢”。都叫“高强度钢”的钢材可能强度差出一倍。基 于以上两点，我觉得可以聊一聊车用钢的话题，而为了内容 的丰富，我觉得可以先从钢的应用历史聊起。1、钢铁的发展略史 春秋战国时期就开始有关于炼铁的记载说起钢的历史，最早 可以追溯到春秋战国时期。当时的主流金属材料是青铜，这 一点毋庸置疑。但是青铜无论是作为工具还是武器都存在“脆”的问题，为了找到更好的替代材料，当时的人们开发 了早期的冶铁技术。春秋战国时期的冶铁技术被称为“块炼 法”，是因为

3、炼出的铁呈块状，而且很软。此时的铁器相比 青铜器没有太大的技术优势。汉代的冶铁技术进步，铁器逐渐普及到了汉代，冶炼技术得 到改进，风箱的升级使得冶铁炉的炉温升高，并且人们意识 到碳对于铁硬度的影响，开始出现渗碳技术。汉代的冶炼方 法被称为“炒钢法” ，是因为炼钢时搅拌锅中铁水并加入合 金元素的过程类似于炒菜。另外，为了排除杂质，折叠锻打 技法也趋于成熟。优质的铁首先用来制作兵器，于是在很多 汉代墓葬中出土了铁质兵器。出土的三国时期铁刀图中这些铁质兵器均为三国时期的吴 国制造，可见当时冶铁技术已非常成熟，铁质兵器得到普遍 使用，形制上也产生了铁刀、铁戟、铁矛、铁镞等等，铁已 经完全取代了青铜的地

4、位，人类历史进入了铁器时代。 唐刀的材料已经可叫做钢到了唐代，其实冶炼和锻打方法没 有非常明显的改变，通过日积月累的经验，铁匠们已经可以 控制铁制品内部的含碳量。像有代表性的唐刀的含碳量大约 在 0.5%-0.6% 之间，这个碳含量已经属于钢的范畴。含碳量 得到控制使唐刀兼顾韧性和硬度，这也是唐刀名扬海外的原 因之一。其实今天的钢铁冶炼中最基础的部分也是控制含碳 量，根据用途不同调整含碳量以调整钢的韧性和硬度这两个 主要性质。当然，古人为了使刀剑同时具备韧和硬发明了包 钢、夹钢等制作工艺，这已不在本文讨论范围。 第一次工业革命将制铁推上了工业化的道路人类对于钢铁 需求量的第一次飞跃是第一次工业

5、革命时期。蒸汽机的发明 使得人类第一次摆脱了繁重的体力劳动和依赖畜力进行的 生产，燃料驱动的机器将人类的生产效率提高了几个等级。 英国的纺织厂依赖于钢铁制造的蒸汽机和织布机 蒸汽机车也钢铁的消耗大户，以及与之配套的铁轨在英格兰 的纺织厂里已经不见成群的女工操作木质纺织机织布，取而 代之的是轰隆作响的钢铁机器。欧洲的大陆上也架起了铁 轨，蒸汽机车开始取代马车成为人类的主要交通工具。从这 时起，人类已经无法离开钢铁， 并且对钢铁的需求与日俱增。 第二次工业革命将汽车与钢铁联系到了一起 如今，少量高性能车仍然使用钢铁制造第二次工业革命时期 汽车诞生了，与此同时钢铁行业也跨上了一个新台阶，二者 之间百

6、年纠葛也从此开始。时至今日，现代的汽车上虽然已 经看不到“奔驰一号”的影子，但是它们仍然在使用钢铁制 造，甚至是一些超级跑车。 2、汽车用钢的强度等级 现代汽车的车身由多种不同强度的钢材拼焊而成现代汽车 的车身都是由不同强度的钢板拼焊在一起的，不同强度等级 的钢板用于受力环境不同的位置，一些受力条件比较苛刻， 又不能使用粗厚钢板的位置则使用强度最高的钢材，正所谓“好钢用在刀刃上” 。 厂商公布的车身用钢强度图目前很多厂家都宣称自己用的 是“高强度钢” ，但是有底气公布车身各部位钢材强度图的 却没多少，有的厂家就算公布了车身强度图，也只是示意了 不同强度钢材用在了不同位置，并没有标示钢材的具体强

7、度 数值。另一些品牌实力雄厚的企业更是不屑于公布这些数 据。解释一些名词：日本人和韩国人管高强度钢叫做高张力 钢。Mp（兆帕）是强度单位，1Mp的强度相当于在1平方厘米 （指甲盖那么大）的面积上施加10kg（俩西瓜）的力而该受力材 料不变形。通过公布的车身强度图来看，其实最高强度的钢 用量并不多，只是用在了防撞梁和一些加强部位上，车身大 部分结构钢的强度并不高。这是以受力情况不同为根据的设 计，毕竟高强度钢的价格不菲，而且不易加工。因此，在 看厂商宣传资料时看到“我们的车身采用了 1000Mp 级别高 强度钢制造”这种宣传语时不要误以为全车都是用这种钢造 的，实际上可能只有四门防撞梁那几根杆达

8、到了这个强度级 别。 3、利于冲压的新型钢材 冲压是车身制作的主要方法 冲压成型还在模具上的车身零件材料强度上去了带来的问 题是难以加工。一般轿车都是采用冲压的方法制造，即用模 具挤压材料成型，类似于玩培乐多彩泥。现在车用钢板强度 高了就对冲压工艺要求更高，而且现在深冲部件很多，材料 容易出现裂纹和折皱。 冲压损坏的零件上图中的部件就是冲压不合格产品，钢板未 能按要求延展成型。边角位置是冲压最容易出现死角的位 置，一般撕裂和折皱都会出现在该位置。同时也说明钢板在 被冲压时总是会有拉伸，和模具的摩擦等问题。这些都会造 成冲压成型的零件因内部应力或者表面损伤而存在缺陷。 侧围是全车尺寸最大的冲压件

9、，也是最难成型的部件所以生 产厂家都会研究冲压时钢板的内部应力情况，尽量消除内部 积累的应力。同时对于大面积冲压件的厚度研究可以知道钢 板那些部位拉伸比较严重，多大冲深可以保证钢板不撕裂。 新型钢材可以解决冲压成型和材料强度高难加工的问题为 了根本上解决高强度钢的冲压问题，一种新型钢材正在被应 用于汽车车身的生产。这种钢材的基质是比较柔软韧性好的 铁素体，其中镶嵌了硬度好的马氏体。在冲压时比较容易成 型，成型后的材料又具有相当的强度。 一些经过热处理的高强度结构件对于 B 柱这种特别需要加强 的位置，有些厂家会采用热处理工艺，成型后的 B 柱再经过 加热和淬火使钢内部晶相结构更完美。这就相当于

10、瓷器制作 时用陶土塑造成型后再加热固化的过程。一般这些热处理零 件往往呈现出一种黑色。 4、汽车用钢的耐腐蚀性 汽车制造使用的是低合金钢目前汽车用钢属于低合金钢范 畴，这是钢材中的一个分支，这种钢材中大部分是铁元素， 只有少量的合金元素，例如：碳、硅、磷、铜、锰、铬、镍 等，这些合金元素含量不超过 2.5%。低合金钢具有优秀的加 工性能和强度表现，同时它还具有良好的耐腐蚀性。一般的 低碳钢在自然环境中会生成棕红色的氧化层，这些氧化层非 常酥松，也就是我们常说的铁锈。而低合金钢在自然环境中 会生成褐色的致密氧化层，紧紧附着在钢表面，起到隔绝内 部钢继续被外界侵蚀的作用。这种防锈机理有些类似于铝合

11、 金、锌合金，只是低合金钢锈层变成稳定的保护性锈层往往 需要几年的时间，锈层的颜色从浅黄到褐色，而铝合金生成 保护性锈层只需一瞬。 耐候钢经常裸露使用在建筑外立面耐候钢生成锈层后具有 特殊的艺术效果，因此成为很受新锐设计师幻影的建材由于 这种特性，低合金钢又可称耐候钢 （耐气候腐蚀钢 ）。耐候钢 通常用来制作车辆、船舶、桥梁、集装箱等，而且都会在其 表面用油漆涂装。但是在建筑装饰领域则倾向于裸露使用耐 候钢，因为耐候钢裸露使用也不会出现锈穿问题，而且它自 身产生的褐色锈层能够产生一种独特的艺术效果，所以一些 特殊建筑常用耐候钢板焊接起来做外立面使用。由于钢材性 能的提升，汽车厂商的防锈处理也越

12、来越草率至于汽车，目 前很多厂商都越来越少的使用底盘橡胶喷涂，即民间常说的 “底盘装甲”。很多新车底盘直接外露钢板，钢板表面只有 原厂底漆和与外观同色的色漆。说明出厂时这些车辆只经过 电泳镀底漆和色漆喷涂工序。只有前轮后面的溅射区会有薄 薄一层的软性橡胶涂层，这些涂层的作用是防止车轮带起的 砂石撞击底盘钢板。从这些变化似乎可以看出厂家对自身产 品耐腐蚀能力的信心。讲究的企业会装上塑料底盘护板护板下面依然是只经过简 单处理的钢板一些比较讲究的厂家会给底盘装上塑料护板， 这些护板既能隔绝砂石撞击底盘钢板又能起到整理底盘气 流的作用。而这些塑料护板下面也是只有一层底漆的底盘钢 板。网友会认为这种锈层

13、是质量问题至于悬挂这些可更换部 件，厂商的处理就更加随意了。例如上图是一个网友在论坛 里的提问，说自己的车底盘生锈。其实图中生锈的部位在出 厂时都没有做过涂装，悬挂的一些部件是锻造的，由于锻造 零件精度比较差，所以还要在其基础上再机加工出一些安装 面，这些加工出来的安装面往往没有涂漆，直接暴露在空气 中今天就会生锈，而这些黄色的锈就是耐候钢的初期锈层。 类似情况在试车中非常常见在日常试车的过程中经常观察 车辆悬挂和底盘，只要是钢制悬挂零件都会出现图中的情 况，属正常现象，车主完全不用担心。相对于底盘悬挂这些 看不见的部分，外观件的处理就精细多了， 所以电镀、底漆、 多层油漆主要是出于美观需求的

14、考虑。集装箱也使用低合金钢制作，海中使用十几年不成问题另外 一个实例是集装箱，使用耐候钢制造的集装箱也没有汽车这 么复杂的镀锌、电泳底漆、多层喷涂表漆等等，在其生命周 期中每天都要经历海风、海水、盐雾的腐蚀，使用环境比汽 车恶劣的多，这些集装箱使用十几年也都不成问题，很多集 装箱十几年后经过翻新还能继续用。汽车用钢不是随便乱用的，商人图便宜的决定总是捡了芝麻 丢了西瓜，技术员拗不过大老板啊凡事都有特例，特例总在 中国。几年前就有某刚起家的自主品牌用低碳钢造车，造成 底盘两年锈穿的事。最近这样的事儿又发生了。有时候领导 一拍脑袋的决定真是可怕，商人参与到技术问题的讨论中来 其结果总是出人预料的。 5、汽车用钢的未来目前车用钢板 的厚度已经降到了 0.6mm ，我认为这已经到了钢板厚度的极 限，钢板再薄就算其自身强度再高也失去了很多材料本身的 结构稳定性。现在车用钢板受到新材料的挑战越来越大。铁 的原子量决定了其密度无法改变，通过减薄减重的道路似乎 也走到了尽头。现在铝合金正逐渐在高端车上发扬光大，全 铝的 SUV ，用铝做车头结构的 5系和 A6 都在预示这一点。 捷豹的全铝车身对