加拿大企业公布获专利的高强度冷冲压钢可用于EV电池外壳和其它利用

2021-6-14 14:09| 发布者: wdb| 查看: 150| 评论: 0|原作者: [db:作者]|来自: [db:来源]

摘要: 盖世汽车讯汽车原始设备制造商面临着艰巨的任务即大幅度提高燃料经济性和安全性同时在市场上保持竞争地位以及投资并推动电气化发展在生产过程中使用高强度钢有助于实现这一点据外媒报道加拿大先进材料开发公 ...

　　盖世车子讯车子原始设施生产商面对着艰巨的任务，即大幅度提升能源经济性和平安性，同一时间在市场上维持竞争位置，以及投资并推进电气化进行。在制造进程中运用高强度钢，有助于实现这一丝。据外媒报导，加拿大领先进步资料开发企业(Advanced Materials Development)为其消费者开发了得到专利的冷冲压用冷轧高强度钢，称为ColdStamp-Steel，可用于制造车子的车身构造和平安部件，包括电动车子的电池外壳。

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　　(相片来自：amdoncorp)

　　ColdStamp-Steel的微构造中含有个或若干马氏体、贝氏体、铁素体和残留奥氏体，其数量百分比取决于钢的成分及热料理形式。此外，另有一部分碳化物、氮化物和碳氮化物。因此发生的资料具备高强度和中庸延展性，与商业冷轧钢材比较，ColdStamp-Steel具备更高的强度重量比。其利用包括车子保障杠加固梁、柱、车门冲撞梁、踏脚板内件和加固件、侧梁加固件、车顶构架、腰线加固件、卡扣或夹片。

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　　图1(相片来自：sae.org)

　　ColdStamp-Steel共分1-3级，作为低合金成分，总合金化素材(碳除外)< 3.0wt.%。表1显现，1级的碳浓度最低，3级的碳浓度最高。该生产工艺最重要的分为之下环节：在碱性氧气转炉中熔化铁水，接下来在电弧炉中发展真空脱气或钢屑熔炼；连铸；热轧；酸洗；冷轧；延续退火和淬火；以及延伸矫直以得到平坦度。ColdStamp-Steel可行制成冷轧卷材或冷轧薄板。

　　力学功能

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　　图2(相片来自：sae.org)

　　ColdStamp-Steel具备符合冷冲压的成形性。将其与用于冷冲压的三种营运冷轧高强度钢(SSAB的Docol 900M-1700M马氏体牌号、ArcelorMittal的MartiNsite牌号和 Kobo Steels的Kobelco牌号)发展相比，可行瞧出 ColdStamp-Steel的功能更优异。表2显现，在ASTM准则延伸试验中，1-3级在室温下纵向/辊(L)和横向(T)的机械功能。

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　　图3(相片来自：sae.org)

　　ColdStamp-Steel的几种成分曾经过熔化、热轧和冷轧、热料理和测试。三级的两种组分(SC1和SC2组分)体现出最理想的性质。表3显现，不同的热料理方法为SC1和SC2提供了广大的机械功能。这点资料适用于不同的机动车构造和平安部件，以及电动车子的电池外壳构造。

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　　附图(相片来自：sae.org)

　　附图显现，SC1和SC2通过热料理后，在室温下的工程拉应力图。从厚度为0.06 in/1.50 毫米的没有涂层冷轧SC1上，沿L方向分割出2in(50 毫米)规格的ASTM准则延伸试样。从厚度为0.04in(1.0毫米)的没有涂层冷轧SC2中，沿L方向分割出3.15in(80毫米)的试样。

　　经过经常使用工艺，对SC1和SC2发展涂层，包括镀锌和镀铝。表3显现，通过经常使用镀锌和镀铝工艺以后，可对SC1和SC2发展热料理，而不作用SC1和SC2机械功能。将SC1、SC2与市售高强度冷轧钢发展相比，可行瞧出，经1000-1050°F高温回火后，唯有SC1、SC2的抗拉强度超越175 ksi/1200 MPa，拉伸率为 9-10%。通过淬火和高温回火的SC1和SC2，可行在不下降其机械功能的概况下发展镀锌。

　　SC1和SC2均可抉择适合的工艺参数，采纳常规点焊方法发展焊合。在碳浓度增添的概况下，有必需增添焊合力，调度焊合周期，以实现高素质点焊。SC1和SC2的碳当量CEVM = %C + (%Mn + %Si)/6 + (%Cr + %Mo+%W + %V+%Ti)/5 + (%Ni + %Cu)/15 ，区别约为0.975和0.61。比较以下，冷轧Docol 1700M钢的碳当量约为1.26。探讨人士现提议，在不下降机械功能的前提下，尝试将碳当量降至0.60之下，以改进SC1和SC2。

　　电动车子的电池外壳

　　铝合金源于密度低、强度适宜，已成为电动车子电池外壳的最重要的资料。与同等商业钢材比较，铝制电池外壳或其它平台部件，平常可节省约40%的重量。惯例上，最符合电池外壳的铝合金是6000和7000系列及相似合金。

　　铝合金具备重量轻、可回收应用的优点。然则，假如电池组发生的热量将电池外壳的温度提升至600°F(315°C)以上，铝合金则体现出惨重的劣势。在600°F或更高的温度下曝光超越300秒时，其抗屈强度下调了70%以上，特别是与电池电芯干脆接近的部件。另外，在约2200°F(1205°C)的惨重火灾概况下，电池外壳会在大约5秒内失效，给乘车人士带来极大的平安祸患。至于热塑性塑料和复合资料，受本钱作用，况且运用温度远低于600华氏度，其在电池外壳中的利用遭到节制。

　　增添电池容量是电动车子开发商的最重要的关心点，这也增添了电池产生故障的可能性，包括过热和爆炸。为了降低对乘车人士的潜在危害，有必需运用比铝合金更坚固的资料。镀锌和镀铝冷冲压钢，尤其是SC2，是一个有迷惑力的资料，可用于EV电池外壳。在不增添构造重量的概况下，可行取代由高强度铝合金制成的外壳，同一时间提升平安性、耐久性和平安性。高强度铝合金板材的每磅制造本钱，比镀锌和镀铝冷冲压钢板的每磅制造本钱高出100%以上。

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　　图4(相片来自：sae.org)

　　对照SC2和7075-T6的比刚度、比屈服强度和比极限抗拉强度，从表4中可行瞧出，源于SC2板材的厚度比7075-T6小2.8倍，这类钢可行替代全部高强度铝合金，同一时间不增添电池外壳的重量。

　　ColdStamp-Steel可行经过多个形式发展涂层。例如经过电镀或热浸工艺镀锌，可在最高温度多达 392°F (200°C) 的长久延续暴露下，提供耐用性。持续暴露在超出此温度的环境中，会导致外层游离锌层从下方的锌铁合金层剥离。镀锌 ColdStamp-Steel(SC1 和 SC2组分)具备表3所示的机械功能，但增添的电镀层有所修正；镀锌ColdStamp-Steel的耐腐蚀功能可与高强度铝合金相媲美。比起镀锌SC1或SC2板材的每磅本钱，6000和7000系列铝合金板材的每磅制造本钱，高出100%以上。

　　通过1000-1050°F淬火和高温回火后，SC1和SC2的抗拉强度超越175ksi(1,200 MPa)，拉伸率为9-10%；淬火和高温回火SC1和SC2可在不下降其力学功能的概况下发展镀锌。镀锌冷冲钢的本钱略超出热浸镀锌合金的本钱。

　　ColdStamp-Steel采纳电镀或热浸工艺涂层，为电池外壳利用提供了显著优势。镀铝和镀锌ColdStamp-Steel，可防止电池外壳在多达 1400°F (760°C) 的温度发放生故障，并能承担多达 2200°F (1205°C) 的火灾风险，从而在紧急概况下为电动车子乘客留出更多的疏散时间。在环境温度和高温下，由铝合金制成的电池外壳的耐用性，没有办法与由带涂层 ColdStamp-Steel制成的相同重量外壳相媲美。另外，日前6000和7000系列铝合金板材的每磅制造本钱，比镀铝ColdStamp-Steel板材的每磅本钱高出100%以上。

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