堅持將知識產權作為企業生存的命脈，育材堂致力于汽車輕量化和先進功能性金屬材料的研發，與全球諸多汽車公司和材料公司深度合作，為傳統金屬材料注入活力。

育材堂（蘇州）材料科技有限公司、汽車鋼部總工程師周澍博士以《鋁硅鍍層熱成形材料產品及其低成本激光拼焊門環策略》為主題，就高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼、激光拼焊技術及一體式門環兩部分內容進行了詳盡介紹。以下是演講內容整理：

育材堂（蘇州）材料科技有限公司、汽車鋼部總工程師周澍博士

育材堂（蘇州）材料科技有限公司簡介

我們這個公司叫育材堂（蘇州）材料科技有限公司，英文名是“EASY FORMING”（更容易讓零件成形）。公司的團隊人數不到40，但80%以上都是博士和碩士，專注于技術研究以及工程應用領域的開發。公司的方向是專注先進的鋼材創新技術研發，致力于實現高強、高韌，以及特殊要求（高導熱）等行業需求。

公司路線是科研為先，再轉為技術，最后進入產業化量產。目前主要聚焦在熱成形鋼領域，通過這幾年的開發，首先在鋁硅鍍層方面研發出了PHS鍍層技術：Aluslim?，slim意為“瘦身”，表示這種產品是一種鍍層更薄，更具有成本和環保優勢的鍍層。

基于這種鍍層，我們又在材料方面研發了PHS基材技術：2000MPa、1500MPa和1000MPa PHS。針對實際工況應用、不同場景、開發出了不同強度級別和不同韌性需求，為汽車設計人員提供了柔性化的產品選擇。這些材料的技術基礎之上，我們就可以在激光拼焊上做更多的一體式集成方案。

除了汽車車身用鋼之外，我們還有其他方面的研發，比如高導熱模具鋼。隨著一體式零件集成越來越強，零件越來越大，這不但要求壓機噸位，對鋁合金成形溫度和工藝也提出了要求。因此，我們布局了高導熱模具鋼，簡單地理解就是，雖然成形溫度升高了，但是材料的導熱速度也更高了，這就可以使模具在更高的成形溫度下，保持高效的使用壽命。

育材堂（蘇州）材料科技有限公司坐落于蘇州，我們有一個研發的實驗平臺，代表了我們公司在整個流程開發過程中一個具有特色的點：通過串聯合金設計-工藝研究-應用評價的完整鏈條，我們具備熱沖壓鋼產品全流程研發能力。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

針對熱沖壓工藝，我們會對它的工藝進行較多的柔性仿真，實驗室里面也自主研發了一套特殊的熱沖壓工藝裝備，可以針對不同的材料和性能進行熱沖壓的模擬。這些研發和應用離不開我們同車企與鋼廠的交流，我們團隊的研發領域覆蓋了產業鏈的不同位置，可以無差別和零部件廠、車廠進行互動。我們也不只是一個技術開發方，希望和整個熱沖壓行業產業鏈里的工程技術人員進行聯合開發，伴隨行業共同進步。

高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼

接下來我介紹一下高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼。熱沖壓是一個從軟態到加熱更軟態，到成形之后變成硬態的過程，因為過程中存在加熱，所以鋼表面的氧化是不可避免的。1999年，友商發明了一款在我看來是全球最偉大的鋼鐵產品，可以在單一品種上賣到全球三百萬噸，這是其他鋼永遠無法達到的，這也就是鋁硅鍍層產品，這種產品解決熱成形過程中的表面氧化和脫碳問題。

但是不管多偉大的產品，使用過程中都會存在不友好的技術問題。常規鍍層產品面臨三大問題：第一，加熱效率低，鍍層液化粘輥；第二，韌性不足，延遲開裂問題；第三，零件防腐，點焊電極磨損。

我們公司擅長在基礎技術問題中找到本質，通過顯微分析，我們基于韌性不足的問題進行了推測，覺得是在加熱過程中鐵鋁發生擴散，在基材界面形成富碳特征。因為富碳特征一旦形成，在熱沖壓之后，高碳馬氏體就會覆蓋基體表層。在碰撞變形過程中首先發生的會是折彎開裂，如果表面有一層脆性的富碳層，材料的韌性肯定會降低，表面裂紋優先從脆性的富碳層出現。下圖是微觀的分析，證實了界面上有明顯的富碳特征。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

找準了關鍵，如果想解決這個問題，是不是有一種比較科學而簡單的方法？我們公司就結合鋼鐵的實際生產過程中，用了兩個比較簡單的方法就把問題解決了。首先，把鍍層減薄，大家都知道鍍層是鋁，加熱過程中鐵鋁會發生擴散，但如果鋁少了，擴散過程可能會被抑制，富碳特征可能會減弱。同時，如果在涂鍍之前，在基材生產時基板表面進行一定脫碳處理，從來源上降低基材表層的含碳量，自然而然表面這層富碳就會消失。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

我們也發現，鍍層減薄后對加熱也有好處。實際在熱沖壓過程中，表面的鍍層液化之后會大量地吸熱，高吸收熱量的特征也使得鋁硅鍍層在加熱過程中的加熱效率明顯提升。從雙碳角度考慮，加熱效率提升會帶來用電的減少，單位面積上鋁硅鍍層減薄，也會導向更低碳的結果，進一步提升生產效率。關于這個技術我們已經形成了自主的知識產權，也已經給國內三家鋼廠進行了專利許可，完成了相應的試制和材料認證。

高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼零件試驗

我們也進行了一些高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼零件試驗。在門檻件三點壓彎試驗中，最后開裂失效的位置是一個彎角。如果用薄厚兩種鍍層進行對比，使用薄鍍層時，數據顯示吸能性能有一定比例的提高，那么碰撞安全性肯定會提升。在B柱三點壓彎試驗中，薄鍍層的熱沖壓零件在大變形下可以顯著推遲脆性斷裂的發生。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

基于不同的零件位置對吸能的差異化需求，我們針對1000MPa、1500MPa和1800MPa三種強度級別的材料完成了試制，并于今年上半年開始小批量供貨。試驗中，1000MPa強度的材料在烘烤之后可以達到1100Mpa以上，同時VDA可以達到88度，1500MPa在烘烤之后可以達到1550MPa，VDA是65度，1800MPa在烘烤之后可以達到1850MPa，VDA可以達到55度。

通過材料成分的設計優化，在PH值等于1的強酸條件下，保持100%屈服強度的應力水平，1000MPa和1500MPa的材料在120h內沒有出現開裂。但1800MPa的材料在強酸的條件下還是有一些問題，雖然它的應力水平基本和1500MPa材料接近，但延遲開裂的性能沒有1500MPa的材料那么好。然而，空氣介質下，保持100%屈服強度應力水平，1800MPa材料可保證淬火態和烘烤態300h不開裂。

合適的材料應該用到合適的部位。這些不同性能的產品可以給設計人員帶來更柔性化的設計方案。比如說，1000MPa材料具備最佳的韌性和較高的強度，適用于碰撞變形過程用以吸能的部件。1500MPa具有均衡的強韌性，適用于各種碰撞工況的部件。1800MPa具備超高的強度和充足的韌性，適用于抵抗變形侵入的部件。此外，以上所有強度級別材料均完成材料和零件級的材料斷裂和焊點HAZ失效卡片標定，并支持車企進行精確CAE仿真。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

激光拼焊技術及一體式門環

要將上述材料實現集成，就會涉及到激光拼焊以及一體式門環的工藝及應用。行業而言，多零件合一的一體式集成設計方案成為汽車車身輕量設計化的大趨勢，激光拼焊技術將在在汽車車身制造發展中扮演重要角色，這一技術具備四大優勢：1、低成本：鋼鐵材料、高材料利用率 、集成化設計；2、輕量化：多材料規格柔性拼焊、無搭接邊；3、更好碰撞安全性：強弱合理分配；4、低碳排放。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

對比傳統的散件生產流程和一體式門環的生產流程。在落料的環節差不多，但是傳統散件生產流程中，落料之后的散件需要直接進行熱沖壓，形成每個單件之后再進行點焊，形成最終產品。在一體式生產流程中，落料之后還要把所有的材料進行激光拼焊，形成一個完整的料片之后再進行一體化的熱沖壓。從流程來看，后者對于零件、供應商，物流、模具的管理更深入，會使得整個生產流程更高效和低碳。

在這一流程下，一體化激光拼焊門環具備五個特點：集成化設計，減少零件數量；通過分塊優化，材料利用率提升；材料厚度、強度可靈活組合；在高變形區域應用高韌性材料，安全性更高；但工藝成本高。

圖片來源：育材堂（蘇州）材料科技有限公司

鋁硅鍍層熱沖壓鋼激光拼焊也存在顯著的技術問題，那就是焊縫強度弱于母材。比如特斯拉的Model Y采用內外側四門環設計，采用的是剝離+激光拼焊的技術，那么，為什么鋁硅鍍層熱成形鋼在激光拼焊過程之后還一定要加激光剝離呢？因為在進行鋁硅鍍層激光拼焊的過程中，鍍層中所有的鋁都進入到焊縫，使得熱處理之后會形成軟相的組織，融入的鋁使得焊縫熱沖壓后變為F+M的雙相組織，但是兩個母材都是硬相組織。面臨變形和拉伸時，焊縫自然會成為弱項。因此，如果想提高焊縫強度，就需要減少鋁的影響。這也就是為什么在鋁硅鍍層激光拼焊時需要進行一道剝離工序。

如果采用薄鍍層就可以減少剝離程序，直接進行焊接。這是由于鍍層減薄，進入焊縫Al顯著降低，焊縫質量更穩定。但要注意的是，這其中需要有一道“添加焊絲”的程序：填充中C/Mn等合金，在無額外間隙預留的情況下，最大程度保證焊縫幾何尺寸，從而提升焊接效率的同時保證焊縫的質量，減少原材料浪費的風險。

做一個總結，育材堂（蘇州）材料科技有限公司致力于為客戶帶來高韌性薄鋁硅鍍層熱沖壓鋼及其拼焊產品的全流程技術解決方案，提供材料強度在500/1000/1500/1800MPa的高韌性鋁硅鍍層材料支持；分塊優化 (厚度分布，焊縫設計)、可制造性分析的拼焊產品開發技術支持；提供低成本高效率拼焊產品。

以上是我的匯報。

（以上內容來自育材堂（蘇州）材料科技有限公司、汽車鋼部總工程師周澍博士于2022年8月24日由蓋世汽車主辦的2022第二屆中國車身大會發表的《鋁硅鍍層熱成形材料產品及其低成本激光拼焊門環策略》主題演講。）

返回第一電動網首頁 >