冶金技術處技術報告主 題：熱冷軋汽車用鋼片常用規範對照與選用報告人：宋騰強參與人：黃國祥鍾以桑單位：T28單位：T21T21職稱：工程師職稱：工程師工程師T2 立案編號：T28-94-A23報告編號：T280-F-A0-94-21:密件 :限閱報告日期：94.12.12分送單位：T21、T25、T27、T29摘要:為歸納瞭解複雜的汽車用鋼規範，經鑑別1998年後區域性整合之日(JFS)、 勲SAE八 歐(EN)汽車用熱冷軋薄鋼板最新國際規範之規定，與各大車廠自訂規 範關係，並分析用途功能特性與各種強化機構鋼料品質特性需求，完成熱冷軋薄 鋼片規範之鋼種對照，確立鋼料選用規則如下：1 銅料性能選用優先順序：用途功能特性品質穩定性成形加工可行性料源取得容易2不同車種選用國際規範優先順序：日系：JFS(2) 美系：SAE(3) 歐系:EN或SAE(4) 亞洲車：SAEJFSEN(5) 世界車：SAEENJFS整理之規範鋼種對照，除供提升客戶選用料知識訓練與引導簡化訂貨鋼種之 用外。後績將繼績進行熱軋汽車用鋼之產用最適化研究。各級主管意見：（請依序簽註）T28T2AT2一、前言隨箸國民所得不斷成長，在開發中國家汽車不再是富人的專屬品，已漸成為人人不 可或缺的代步工具，汽車的設計及製造也變成一種社會性需求。但數畳龐大的汽車的出 現，不僅消耗大量的能源及排放大量的廢棄物，同時也帶來人身安全性的問題。因此各 國法規都將汽車減廢及乘載安全性當成是最大的課題，促使汽車業的發展也都全力朝此 方向努力。汽車所使用的材料包羅萬象，但仍然以鋼鐵材料為主要原料，其中又以薄銅 板為主，隨著不同時代的要求各式替代產品也相繼被開發，鋼鐵材料也相對發展出對應 的產品社會要求二汽車製造業對鋼料要求二汽車所使用之鋼鐵材料包含薄鋼板、鋼管、條鋼及鑄鐵等，佔整車重量的70-80%， 因此銅鐵材料的品質及性能也彩響汽車的設計及性能，而大環境的變化會引導汽車的設 計，汽車鋼板的種類變化更反映著時代的變化，1970年代的石油危機後降低耗油的減重 需求般計，引發高強度銅的使用，1980年代後半汽車保證期限及使用壽命的延長，表面 處理銅板開始被大量的使用，1990年代後半地球環境的惡化及乘載安全問題的考慮，高 強度銅板再度受到注目，甚至超高強度開始進入汽車材料領域。由於世界各先進國家於汽車相關環保與安全法規要求不同，導致各國在汽車設計理 念與用料規範的差異性，而自成獨立的供料體系。但隨著汽車產策的國際化與車廠間的 併購，以及汽車製造業於共通性零件降低成本的量產需求，如何統一用料規範，已成為 汽車製造業整合設計與與鋼鐵廠生產的重要課題。日本各大車廠與各大高爐廠於1990年起開始進行共通性汽車用薄鋼板規範之規 劃，於1996年完成全系列汽車用薄鋼板之日本鐵鋼連盟(JFS)規範，並自2000年起於 日本國內推動實施，不祇大大提高料源取得的便利性與交貨準確性，亦使各大鋼廠在銅 料研發效率加快，特別在各類高強度鋼板的量產供應上表現亮麗，使其汽車製造業在功 能設計上能超前法規要求，並可符合產品行銷國際化的需要。本文證由世界各汽車業先 進國家之常見汽車用熱冷軋薄銅板規範與主要部件功能特性銅料加工性能之關係，介 紹鋼料規範的對照，期使產用者於汽車用熱冷軋薄鋼板選用與部件設計上有所助益。二汽車部件設計與鋼鐵材料選擇理念汽車材料的選择思考方向，從來都是以能夠大畳穩定供料、穩定品質及價格穩定便 宜為主，鋼鐵是最能吻合上述條件的材料，所以也佔汽車用料的最大宗，隨著能源危機 及地球環境的惡化，汽車產業對於材料的思考方向除了上述條件外 新進設計之車型對 材料的選用又加入下列4個思考重點:1. 汽車車魅耐久性提高2. 低耗油3安全性的提昇4.廢車車體的再生利用針對上述的要求，其他替代的材料陸鑽被發展出來，並且逐步侵占鋼鐵材料的市 場，因此銅鐵材料面對此危機，也逐步採取各種因應方案。汽車的設計必須符合社會的需求，而汽車材料的選擇更必須滿足汽車設計功能特性 的需求，三者間之關係如圖1所示，目前社會對汽車最主要的要求是低價、環保及安全， 汽車及汽車用鋼對此也各有不同的對應。圖1汽車用鋼料的功能要求三X汽車用鋼鐵材料分類與選用 (一)汽車部件與使用鋼料種類一部汽車共需約3萬多個零件組裝而成，根據日本自動車工業協會的調查，小型 乘用車所使用材料的平均比例，其中鋼鐵材料佔72.3%，非鐵金属佔8%，非金屬材料 佔19.7%，鋼鐵材料佔有絕對性的比例。但由於車體輕量化的要求，提高了鋁合金、樹 脂材料及高強度鋼板的用量，而因應車體耐他性的要求，表面處理板使用比例也大幅的 增加。另一方面各國汽車的發展與粗鋼產量有著密切關係，以日本為例，粗鋼產量隨著 汽車生產量的增加而增加，而且隨著汽車設計及需求改變，鋼鐵業也隨著發展出新的材 料對應如圖2所示；以薄鋼板為例，從早期的一般等級(CQ)，隨著車髓設計的複雜化， 開始往深衝等級(DDQ)發展，隨著能源危機出現後，高強度鋼板開始發展，接著是汽車 使用保證期限的拉長，以及環保與安全法規要求日愈嚴苛，故表面處理鋼板與各種高強 度鋼板產量開始大量增加。墓徐it二荻世)生産(百万台)圖2日本汽車生產量與鋼鐵生產量及汽車用鋼關係一部汽車實際所使用之鋼鐵材料種類如圖3所示 各項鋼料使用比率及主要用途如 表1所示，大約有85%的重量是由熱冷軋薄鋼板所貢獻，其中鍍鋅鋼片為取代冷軋鋼片 之耐他功能延伸材料，主要均使用於車體鈑金與結構補強板，除表面鍍層特性外，其底 材冶金設計及選用要領與熱冷軋薄鋼板並無不同，謹就汽車主要部件使用之熱冷軋銅片 分類說明以下。表1汽車使用鋼鐵材料種類比率與主要用途鋼料重量百分比用途熱軋24%輪圈、輪盤、大樑、懸吊、支架、結構補強板、座 椅、安全挣、安全囊等之零配件冷軋13%車頂鈑、內外鈑，結構補強板、保險桿、座椅、安 全帶、安全囊等之零配件鍍鋅鋼片45%內外板金，結構補強板與零配件條線10%汽車扣件傳動軸總成，變速箱齒輪、平衡桿4%避震油壓缸、懸吊彈簧、軸承、輪胎鋼絲不鎊鋼1.9%排氣管鍍鉛錫鋼片1.7%油箱及配件鍍鋁鋼片0.4%隔熱板3”汽車扣件低合金鋼棒線球化盤元中碳鋼棒線汽車座椅冷軋（軟鋼）高強度冷軋及GI高强度熱軋保險桿補淫冷軋、GA（軟鋼）高強度冷軋超高爸度冷軋銹鋼(1.9%)（1-7%）油箱及配件避震器及避震彈簧耐疲勞彈簧鋼低合金鋼直棒底盤及懸吊熱軋（軟鋼）高淫度熱軋內板金什7內板、民冷軋（軟鋼） GA（軟鋼）Q0外板金（引擎蓋、車頂） 冷軋（軟鋼）GA（軟鋼）、高強度GA結構件（柱及樑丿高淫度冷軋高淫度GA圖3汽車使用之銅鐵材料種類示意（二）汽車用熱冷軋鋼片基本特性1.汽車車體各部之功能特性要求：汽車依照車魅設計部位可以歸類成4大部份，每個部份各有其功能特性及對銅 片的要求，如表2所示。車趙外鈑主要要求伸張剛性及耐凹性，保險桿及各式樑類 要求耐衝撞性，底盤下部品要求耐疲勞性，幾乎所有特性與材料厚度有關，但是與 高強度鋼有關的特性有耐凹性、耐疲勞性及耐衝擊性。1990年以前汽車車體所使用 鋼片強度等級，以強度等級440MPa以下為主，但隨著車體安全性能與環保減廢輕 量化要求日趨嚴苛，車廠的設計及鋼廠的開發，自2000年後在鋼廠的開發配合下， 車廠於車體各部位設計，幾乎都朝向使用440MPa以上的高強度銅o表2汽車車體各部之功能特性與材料要因部位部品功能特性伸張剛性 (stiffness)耐凹性抗挫屈剛性 （rigidity）耐疲勞性耐衝擊性外鈑門外鈑、引擎 蓋、葉子板O內鈑底鈑等OOO構造部品Rail、C PillarOO前側樑 side sillO門防撞桿O底盤下部品 (Undercarriage parts)Lower arm輪圈基礎式E*tma ys*t2E*t(Itstm* a tsm板厚以外的支配因子楊式係數降伏強度楊式係數抗拉強度抗拉強度虑力(Sire 对加工哽化(D髓議心宀 *1降伏： (YiekJ point)YP降伏伸&導(Yield point elongation): 祁份加工减化破斷 (Fracture)2鋼料機械性值與成形性能：汽車結構用熱冷軋銅片的成形性好壞，與鋼板的機械性質有密切的關係，當鋼料經 過拉力試驗時會產生圖4的曲線，從圖4的曲線可以獲得下列幾項重要的指標。YS :降伏強度，代表鋼料開始產生塑性變形的點。TS :抗拉強度，代表鋼料開始發生不均勻的變形。EL :伸長率，代表鋼料的延性。n :加工硬化指數，代表銅料均勻變形的能力。r :塑性應變比，代表鋼料加工時抗薄化能力；I二寬度方向應變/厚度方向應變。仝部仲長率elongation)M (Strain)(Youngs modulus)圖4拉力試驗示意圖熱冷軋鋼片的成形性以材料流動特性及受力方式可區分成下列四種加工型態，如圖 5所示。深衝加工(Deep Drawing)(2) 伸張加工(Stretching Forming)(3) 伸嫌加工(Stretch Flanging 擴孔加工)(4) 彎曲加工(Bending)圖5衝壓加工的基本型態而各項機械性質指標與成形加工不良間之關係，如表3所示：表3成形不良現象與鋼料機械性值間之關係（影響度：大-小）成形不良現象鋼料機械性值板厚YSTST.ELn值I值楊氏 係數極限變形能破 裂深衝加工OO伸張加工OO擴孔裂OOO彎曲裂O面 形 狀皺紋(Flange)OO玻紋(Body)OOO面形狀不良OOO角度變化OO尺寸 精度側壁反彈OO形狀凍結不良OO銅料的YS低代表材料容易變形，不容易發生皺纹或表面凹凸伸長率高代表材料 不容易發生破裂，n值高代表變形時不容易產生局部變形集中提早產生破裂，如圖6A 所示，而I值