洪萨速配 汽车用钢研发与应用技术专题 重型商用车复合稳定杆用新材料开发及应用

编者按：当前汽车行业正经历百年未有之变局，电动化、智能化、网联化、共享化与绿色化成为核心发展方向，推动产业生态全面重构。为满足汽车行业需求之变化，汽车用钢研发正从“单一性能提升”转向“全生命周期优化”，通过材料创新（第三代AHSS、热成形钢、非调质钢等）、工艺革新（激光拼焊、一体化成形等）和绿色转型（绿钢生产、生物基涂层等），持续为汽车轻量化、安全性和可持续发展提供支撑。为展示近年来汽车用钢研发与应用技术的最新成果，本报特组织该专题，以飨读者。

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引言

当前汽车轻量化已是大势所趋。车身的轻量化对于整车传动效率、节能减排、燃油经济性、碰撞安全性、车辆控制稳定性等大有裨益。目前，我国运输行业约 77%仍以公路运输为主，商用车已成为重要的陆地运输工具，对我国经济发展作出重要贡献。当前商用车仅占到国内汽车保有量约10%，而燃料消耗量和氮氧化合物、碳化合物等污染物的排放占机动车辆的60%以上，百公里排放量约为乘用车排放量的3-4倍。通过技术手段实现商用车的轻量化已成为国家层面、整车厂家和客户所共同关注的焦点。

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汽车底盘重量占汽车总重量的30%以上，对底盘系统进行轻量化对降低油耗具有非常大的作用。横向稳定杆是汽车底盘悬架系统中的主要零件之一，其关系着商用汽车行驶的平顺性、操纵稳定性和安全性。近年来，驾驶员对汽车的舒适性和操控性有了更高需求，对横向稳定杆的性能提出了苛刻的要求。但常规设计研发技术已经不能满足当今汽车生产厂家对横向稳定杆快速设计、量产、高性能的需求。国外诸如奔驰戴姆勒、MAN、斯堪尼亚等重型商用车厂商开发了一种先进的复合稳定杆。该复合稳定杆空气悬架系统不仅实现了横向稳定杆与纵向推力杆在功能和结构上的集成，精简了横向稳定杆相关零部件的数量，也实现了整个悬架系统的轻量化。复合空心横向稳定杆是一种极具市场潜力的新产品。此外，当前商用车稳定杆也开始采用空心化的轻量化结构设计，且设计应力逐步提升，在恶劣服役工况条件下，极大增加了零件疲劳失效风险。国外重型商用车厂商空心复合稳定杆用钢牌号目前大多为XMnCrB（X=27-34），对钢材冶金质量要求很高，导致多年来国内市场上该类钢种一直为国外所垄断，价格昂贵。因此，当前国内商用车市场迫切需要研发完全可替代国外进口的高性能、高性价比钢种，应用于各类重型商用车空心轻量化复合稳定杆制造。

近年来陕汽集团正致力于开发一系列高端重型商用危化品运输车型，均采用复合稳定杆产品。本项目立足于对34MnCrB这一进口钢种的国产化开发，并实现在陕汽集团既定商用危化品运输车型上的产业化应用。

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项目总体技术路线

本项目以复合稳定杆用钢国产化开发、复合稳定杆制造工艺优化、复合稳定杆性能验证、复合稳定杆服役性能测评、复合稳定杆整车匹配为主线，实现国产化材料复合稳定杆在陕汽集团的产业化应用示范。项目总体路线如图1所示。

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钢种开发

本项目首先通过前期对标国外车企空心复合稳定杆用34MnCrB钢种，采集其相关组织性能基础数据，提出了国产替代钢的性能要求，具体如下：抗拉强度 ≥1180 MPa、屈服强度 ≥900 MPa、断后伸长率≥5%、硬度33-43 HRC、AKU2≥60J、脱碳层≤0.35mm。根据性能要求，提出国产替代用钢的冶金技术要求，并对国产替代钢种进行试制。表1为国产化替代钢种化学成分要求。此外，对于夹杂物的技术要求为细系A+B+C+D ≤4.5、粗系A+B+C+D ≤4.5、带状组织≤2.0级、偏析和中心疏松≤1.5级。

根据提出的冶金技术要求，对国产替代钢进行冶炼，其具体冶金工艺流程如下：真空感应熔炼φ310mm电极→氩气保护电渣重熔φ390mm钢锭→锻造至160mm方圆棒→车光→检验入库。具体钢种中试过程如下。

1）熔炼：熔炼设备采用1吨的真空感应炉。原料结构采用纯铁、鱼鳞碳、结晶硅、金属锰、金属铝、金属钛等。碳随炉加入，纯铁熔清后精炼1h，再加入金属硅、锰，最后加入铝、钛，出钢。电极直径为310mm，重量979kg。熔炼后对电极进行表面除锈处理。除锈后利用氩气气氛保护电渣炉进行电渣重熔。渣料采用CaF2-CaO-Al2O3三元渣系，渣料为40kg，熔速为4-5kg/min，氩气流量为30L/min。

2）锻造：将电渣熔炉后的钢锭在4t锤的锻造设备上进行锻造。锻造加热温度为1150℃，保温时间不小于2h，分四火进行成材，终锻温度不低于850℃。具体如下：第一火头部锻造至200mm方；第二火尾部锻造至200mm方；第三火一头锻造至155mm方，倒角，摔圆至160mm圆棒；第四火另一头锻造至155mm方并倒角，摔圆至160mm圆棒；锻后埋砂缓冷。

3）机加工：对锻造后得到的棒材进行校直和表面车光处理，同时进行平头和探伤检验。图2为项目中试开发的国产化34MnCrB钢种实物样品。

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无缝钢管开发

当前国内外空心零件生产主要有焊管及无缝管两条技术路线，本项目通过前期调研综合评估，确定采用无缝管方式，生产出基于国产化34MnCrB钢种的无缝钢管坯料，应用于最终稳定杆零件生产。

基于新钢种稳定杆的结构特征，最终确定的稳定杆整体制造流程如下：①下料→②热穿管→③退火→④冷轧→⑤探伤→⑥加厚→⑦热处理→⑧机加至成品件状态→⑨焊接及其他组装必要工序→成品。其中，无缝钢管加工过程如下。

1）制管：制管采用热穿管工艺方法。热穿管需要对34MnCrB钢棒材进行加热，表2为加热工艺方案。

热穿管后进行轧制，为确保管料能够顺利轧制，投入了2支φ150mm/20。考虑冷轧成品规格为φ72mm × 11mm，因此设计热轧母管规格为φ94mm × 14mm，允许的外径范围为93.00 - 96.00mm；壁厚范围为13.00 - 15.00mm，壁厚偏心≤1.4mm。使用φ98mm顶头配合φ80mm芯棒，经全浮Assel轧机顺利完成轧制，管料尺寸精度符合要求。管料经再加热炉加热后再进行张力减径，再加热工艺为940±20℃ × 28min。

为确定试制的空心管是否满足使用要求，对其进行力学性能测试，得到的拉伸试验结果如表3所示。由拉伸试验结果可知，该空心管的力学性能强塑性良好，满足稳定杆的开发要求。

2）管坯两端加厚：根据零件总体技术要求，还需对上述生产的管坯进行两端加厚处理，满足后续稳定杆零件装配的要求。通过反复调试和验证，确定二次加厚长度、外径、缩短量，确定加热温度、功率、加热时间及管端加热长度等相关工艺参数，最终加工出一批满足尺寸精度及组织性能要求的成品管。具体加厚过程及最终的管料样品如图3。

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稳定杆成品件生产

对上述两端加厚管料进行调质热处理，调质热处理工艺参数为：910℃+2.5h保温后淬火，再进行370℃+4h回火。调质处理后，再将管料与其他配件进行焊接，最终完成稳定杆成品件制造，如图4所示。

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稳定杆质量验证

6.1 零件基体取样验证

对稳定杆杆件取样并进行硬度和组织性能检测。取样位置有2个，一个是在杆身取样，另一个是在加厚部位取样，如图5所示。图6所示为成品件取样的金相组织，为索氏体组织。此外，对表面脱碳层进行了厚度检测，检测结果表明，脱碳层厚度均小于0.35mm，且无全脱碳层存在，满足产品技术要求。

表4、表5为成品件取样硬度和力学性能检测结果。从表4和表5可以看出，所有硬度和力学性能试验结果均满足本项目相关技术指标要求，尤其是屈强比相比于原稳定杆基体偏低，这意味着服役安全性将更有优势，验证了当前的合金成分、工艺方案均是合理的。

6.2 零件台架疲劳性能验证

为进一步验证稳定杆在实际工况下的性能，根据 JB/T 12794.1-2016《横向稳定杆 技术条件 第一部分：商用车横向稳定杆》对横向稳定杆的疲劳寿命进行检验。试验工况如下（图7）：

1）方向一疲劳工况（工况1）：沿着片杆方向加载±64kN，正弦波，频率1-3Hz，对称循环加载。即0-0.25步长内载荷从0N加载至32000N，0.25-0.5步长内载荷从32000N卸载至0N，0.5-0.75步长内载荷从0N加载至-32000N，0.75至1步长内载荷从32000N卸载至0N。

2）方向二疲劳工况（工况2）：将片杆的球绞外套一端固定，另一端垂直加载载荷至侧倾角3°（一端固定，另一端位移为53.91mm），以此时的载荷为试验载荷，正弦波，频率0.5-3Hz，对称循环加载。

图8为项目开发的复合稳定杆按两种工况要求开展的现场实物样件台架疲劳测试过程。试验结果表明：在既定工况条件下，项目基于中试钢种的横向稳定杆未发生失效，满足该产品开发技术要求。

6.3 零件装车路试验证

按照GB 18565-2016《道路运输车辆综合性能要求和检验方法》、GB/T 12678-90《汽车可靠性行驶试验方法》和QC/T 900-1997《汽车整车产品质量检验评定方法》，对项目新开发的稳定杆进行了搭载整车的综合服役性能测评，评估其使用性能。试验样车及稳定杆装车情况如图9所示。

综合服役性能测评结果表明，全程15000km，无底盘件出现早期失效的异常现象。从2024年开始，本项目新钢种新工艺研发成果已逐步在陕汽相关商用车型上实现批量应用。

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结语

综上所述，本项目顺应商用车发展趋势，针对陕汽基于国产化钢种开发轻量化的空气悬架系统需求，开展了悬架系统横向稳定杆从材料到产品产全链条开发，涉及原型稳定杆产品对标分析、新稳定杆结构设计、国产替代钢种开发、国产钢种稳定杆试制、国产钢种稳定杆验证等工作。基于项目开发的优质国产化钢种生产的稳定杆，不论是零件基体组织性能、还是产品本体、搭载总成及整车服役性能均满足用户要求，顺利通过用户产品质量认证。该项目不仅顺应当前国家商用车节能减排方针政策，符合我国商用车轻量化技术具体发展方向，对于促进我国商用车专用优特钢技术、产品、市场发展，也具有重大意义。

（冯毅 严超峰 周蕾 李先鹏 桂松林）

《世界金属导报》

2025年第49期 B04、B05

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