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第二代铝硅镀层热成形钢助力汽车轻量化

时间: 2024-06-05 12:45:38 | 作者: 电子模具

铝硅镀层热成形钢自上世纪参数图片）90年代末发明以来，经历了多年快速的提升。2006年，在欧洲某车企率先应用，随后在欧美市场得以广泛使用，至2011年使用量达到50万吨。随着中国汽车市场的崛起，其使用量迅猛增长，2018年已突破300万吨。随后，汽车行业向轻量化、电动化转型，铝硅镀层热成形钢需求持续增长。

2024年4月26日，在2024第四届车身大会上，华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司资深客户技术上的支持工程师李久茂谈到，为应对汽车行业对铝硅镀层热成形钢一直增长的需求，安赛乐米塔尔在不一样的地区的工厂对铝硅镀层热成形钢生产产线进行了布局，并在不一样的地区配套铝硅镀层热成型钢材料加工服务，包括落料和激光拼焊服务。

在过去半年多款新车型发布会上，我们所能听到的全球最高强度的高强钢、核潜艇级高强钢，基本指的都是第二代铝硅镀层热成形钢Usibor®2000，这样的产品能够给客户新车型在产品竞争力上带来实实在在的好处。Usibor®从第一代Usibor®1500进化到第二代Usibor®2000，强度有500MPa提升，材料韧性下降幅度非常小，进行替代应用还能带来10%的减重。对应软区材料Ductibor®系列，从第一代Ductibor®500进化到第二代Ductibor®1000，强度有翻倍提升，但是碰撞韧性、折弯角还是保留非常高的水平。用Ductibor®1000去替代Ductibor®500的线%。

华安钢宝利投资有限公司产品经理刘帅对铝硅镀层热成形钢激光拼焊多零件集成方案进行了介绍。刘帅谈到，之所以引入铝硅镀层热成形激拼焊技术，是基于主机厂的普遍需求，一是提升碰撞性；二是降低材料车身结构应用的厚度，降低重量；三是降低材料废料，以此来降低成本。

李久茂：铝硅镀层热成形钢自上世纪90年代末发明以来，经历了多年快速的提升。2006年，在欧洲某车企率先应用，随后在欧美市场得以广泛使用，至2011年使用量达到50万吨。随着中国汽车市场的崛起，其使用量迅猛增长，2018年已突破300万吨。随后，汽车行业向轻量化、电动化转型，铝硅镀层热成形钢需求持续增长。尤其有必要注意一下的是，我国自主品牌汽车销量与热成形钢使用量均呈迅速增加态势。

安赛乐米塔尔作为领先的全球化钢厂，为满足汽车行业对铝硅镀层热成形钢的强劲需求，已在多地布局生产线并扩大产能，同时配套材料加工服务。去年四月，VAMA新增了铝硅镀层热成形钢产线，逐步提升了产能。

在产品研发方面，我们不停地改进革新。第一代铝硅镀层热成形钢Usibor®1500已取得成功，而第二代产品的研发也早在十几年前就已启动。通过联合欧洲和北美研发中心，以及多地工厂的试制，将技术方案固化引入VAMA，并快速实现本土化。

新一代热成形钢的开发目标是在保留原有前一代铝硅镀层热成形钢优势的基础上，逐步提升强度，减轻汽车零件重量，同时确保材料碰撞韧性和抗氢脆性能，并适配现有热冲压工艺和产线。

目前，安赛乐米塔尔已推出两代铝硅镀层热成形钢产品，第三代也即将面世。这两代产品从用途上区分包括Ductibor®和Usibor®两个系列，分别应用于车身的不一样的区域。新一代材料在强度和韧性方面均有显著提升，为汽车轻量化提供了有力支持。

Usibor®2000的强度达到核潜艇级别。在研发过程中精心调配成分，力求在提高强度的同时，保持材料的韧性、抗氢脆性能的平衡。最终，我们最终选择了高碳低锰、微合金成分较高的体系。经过热冲压和涂装后，其屈服强度可超1400兆帕以上，抗拉强度更达1800兆帕以上，折弯角可达40度以上。

Usibor® 2000已在全世界内实现工业化生产，国内VAMA工厂在2019年完成工业化生产并于2020年初开始了批量供货。在追求高强度的同时，我们也注意到高碳含量可能带来的焊接问题，如焊接性能直线下降、延迟开裂风险增加、韧性性能直线下降等。但Usibor®2000在综合性能上表现卓越，已成功解决了这些难题。

对于材料的韧性评估，我们通过烘烤前后的折弯角测试得出，Usibor®2000烘烤后韧性逐步提升，满足车身对材料的高要求。同时，我们对其抗氢脆性能进行了深入研究，通过4点弯评估方法，测试根据结果得出Usibor®2000AS热压后材料基体中的自由氢含量低于0.5 PPM，即可通过四点弯氢脆测试，满足车身零件的使用要求。

在热成形钢产业中，我们始终走在前列。自2017年推出第二代产品以来，国内同行迅速跟进，但我们的Usibor®2000以其明显的抗氢脆性能优势获得了市场的广泛认可。

另一款值得介绍的产品是Ductibor®1000，这款新一代软区材料强度达到1000兆帕以上，韧性极佳。它可与Usibor®系列搭配使用，也可单片冲压使用。经过热冲压和烤漆后，其屈服强度可达800兆帕以上，抗拉强度可达1000兆帕以上，折弯角可达80度以上。VAMA在2018年完成工业化生产，并于2019年实现稳定批量供货。

Ductibor®1000的高强高韧优势尤为突出。从拉伸曲线对比图可见，其断后延伸率与Usibor®1500相近，但在三点弯测试中，Usibor®1500在下压90毫米时出现开裂，而Ductibor®1000在下压120毫米时仍未发生开裂。这充分证明了Ductibor®1000的材料韧性远优于Usibor®1500。这也提示我们，在评估热成形钢材料时，不应仅关注拉伸性能，同时也应关注能反映零件使用性能的折弯角参数。

自2017年起，我们与国内客户紧密合作，针对这两款材料来了深入的研究与应用。咱们提供了材料供客户测试，并分享了丰富的性能数据、冲压仿真曲线卡片及碰撞安全失效卡片，支持客户从原材料到整车级别的全方位验证与认证。同时，我们热情参加客户新车型开发中的材料选择、结构设计优化及多零件集成方案设计，提供多维度技术支持。

经过不懈努力，第二代产品于2019年在国内实现首次批量应用，并逐渐被更多新车型采纳。如今，采用第二代铝硅镀层热成形钢的车型正集中陆续上市。

在材料应用解决方案领域，安赛乐米塔尔同样走在前列。安赛乐米塔尔自2010年起，每年推出不同车型的整车级别S-in motion®钢材概念解决方案，涵盖轿车（A级、B级）、SUV、轻卡、皮卡等多种车型。这些方案将先进的高强钢材料和应用方案融入车身设计，实现轻量化和安全性的极致平衡。随着汽车行业的电动化趋势，我们还推出了针对插混、纯电等车型的解决方案。

三年前，我们推出了一款纯电SUV的整车钢材概念解决方案。该车大量使用先进高强钢，铝硅镀层热成形钢使用比例高达33%，其中第二代Usibor®2000和Ductibor®1000占比达24%。这些先进材料和激光拼焊技术的应用，使车身在轻量化和安全性方面达到极高水平，同时提升了经济性。

刘帅：接下来，为大家介绍基于铝硅镀层热成形材料的激光拼焊白车身结构件一体化解决方案。当前，铝硅镀层热成形材料市场正面临技术与价格的双重竞争，同样，激光拼焊集成化方案也在市场上不断演进。然而，这种竞争也带来了机遇。在国内，我们已看到主机厂在初期集成化解决方案，如门环应用上的创新步伐超过了国外同行。同时，在更先进的集成化方案如双门环或下车体一体化集成方面，我们也在积极研究试制，努力缩小与国际领先车企的差距。接下来将详细阐述集成化方案的概念及其常见应用。

热成形激光拼焊解决方案自1984年诞生，历经近40年发展，于2016年由我们公司引入铝硅镀层热成形激光拼焊技术，被主机厂广泛接受。其优点是满足主机厂的多方面需求：提升碰撞性能，通过连续对接焊，实现更顺畅的力传导；降低车身重量，使用先进热成形材料提高材料强度，减少结构厚度；节省成本，激光拼焊优化材料利用率，减少废料。该方案已大范围的应用于国内外主机厂的车身结构件，如上车AB柱、下车前后纵梁等，特别是激光拼焊门环方案广受认可。

MPI车身一体化解决方案基于三个核心点：铝硅镀层热成形材料、热成形激光拼焊工艺及热冲压成型工艺。通过热成形材料避免复杂形状件成型难题，激光拼焊实现成型前连接，节省后续组装工序。我们在2016年首次引入热成形激光拼焊门环概念，并成功实施多个本土化项目。门环解决方案能实现多部件一体化冲压成型，降低重量，提升碰撞性能，节省模具投入。