安賽樂米塔爾自1999年研發出鋁硅鍍層熱成形鋼，20多年來在鋁硅鍍層熱成形鋼這一輕量化材料領域里不斷探索。近兩年，在“雙碳”目標的驅動下，輕量化材料得以進一步開發及應用，其中由華菱安賽樂米塔爾汽車板有限公司（VAMA）生產的最新產品第二代鋁硅鍍層熱成形鋼在商業應用上取得了極大進展。

2022年8月24日，由蓋世汽車主辦的2022第二屆中國車身大會上，VAMA資深客戶技術支持工程師李久茂以《第二代鋁硅鍍層熱成形鋼產品及應用介紹》為主題進行了演講。以下是演講內容整理：

VAMA資深客戶技術支持工程師李久茂

鋁硅鍍層熱成形鋼的發展歷程

19世紀90年代末，安賽樂米塔爾發明了鋁硅鍍層熱成形鋼。與其它熱成形硼鋼尤其是裸板相比，鋁硅鍍層熱成形鋼的生產過程無需在加熱爐中加入任何保護氣體，熱成形后的零件表面不會形成氧化皮和脫碳，省去了后續拋丸處理工序，也非常適合高溫加熱沖壓工藝。2006年，第一代熱成形鋼產品Usibor?1500實現全球首次商用，主要應用于歐系車企。得益于其超高的強度、優異的機械性能和簡化的熱成形生產工藝，鋁硅鍍層熱成形鋼特別適用于車身上的結構件和加強件，隨后在歐洲和北美汽車市場實現了大規模的應用，全球用量于2011年達到50萬噸。2012年，中國成為全球最大的汽車市場，鋁硅鍍層熱成形鋼的全球用量迎來了爆發性增長，并于2018年達到300萬噸左右的水平。

圖片來源：VAMA

2018年之后，大部分汽車新興市場在鋁硅鍍層熱成形鋼的使用量上呈現平穩向上的增長態勢。在和用戶溝通合作的過程中，我們有一點很明顯的感受，不管是外資品牌還是國內的自主品牌，無論是高端車型還是偏中低端的車型，鋁硅鍍層熱成形鋼的應用，相比較之前提升得非常快。伴隨新能源汽車的快速發展，鋁硅鍍層熱成形鋼的輕量化潛能及節能減排優勢也越發突顯。我們有理由相信，鋁硅鍍層熱成形鋼在未來的前景會更加廣闊。

為了應對市場的強勁需求，安賽樂米塔爾在全球范圍內，包括在國內的合資公司VAMA進行了產能布局和擴張。至2017年，在全球范圍內一共投入了10條產線來進行鋁硅鍍層熱成形鋼的本土化生產，相較2012年，五年內實現了產能翻倍。

近年來汽車向著更輕量化、更安全、更環保的趨勢發展，安賽樂米塔爾并沒有滿足于第一代鋁硅鍍層熱成形鋼的成功。為了給快速發展的汽車行業帶來更有競爭力的產品，早在十年前，安賽樂米塔爾就著手開始新一代鋁硅鍍層熱成形鋼的研發。通過嘗試不同的技術路徑，結合不同地區產線的特點，安賽樂米塔爾在歐洲和北美研發中心都進行了聯動開發，并率先在歐洲和北美工廠實現了工業化試制生產，并把成功經驗和成熟的方案導入到中國的合資公司VAMA進行國產化。

新一代的產品進一步提升了產品的性能，特別體現在車身輕量化和安全性能上。同時，它還很好地匹配了現有成熟的熱沖壓工藝和產線，可以讓用戶快捷地實現新產品的應用。

新一代鋁硅鍍層熱成形鋼Ductibor?1000，Usibor?2000

安賽樂米塔爾鋁硅鍍層熱成形鋼分為兩個系列：用于吸能區域的軟區材料Ductibor?系列，和用于抗侵入的硬區材料Usibor?系列。下圖是兩代產品的性能區別，可以很直觀的反映出產品進化的特點，橫坐標是材料抗拉強度，縱坐標反映的是材料的沖擊韌性的折彎角。

圖片來源：VAMA

從圖中可以看出，Ductibor?系列從第一代的Ductibor?500進化到第二代的Ductibor?1000之后，其沖擊韌性雖然有一定的下降，但是仍然保留了非常高的水平，與此同時，材料的強度提升翻倍。因此，如果將新一代產品對Ductibor?500進行替代使用，可以帶來25%以上的減重潛力。Usibor?系列從第一代Usibor?1500進化到新一代Usibor?2000，碰撞韌性有一個小幅度的下降，但是它的強度提升了約500MPa，進行替代化使用也能帶來10%的輕量化效果。

安賽樂米塔爾在進行Usibor?2000的開發過程中，嘗試了多種化學成分體系，綜合考慮材料應用特性，最終我們決定保留現有的化學成分體系：高碳、低錳、合金元素含量比較高的一個體系。在熱沖壓烘烤之后，Usibor?2000的屈服強度可以達到1400MPa以上，抗壓強度達到1800MPa以上，延伸率達到40度以上。VAMA于2019年實現了Usibor?2000的工業化生產，并于2020年開始批量供貨。

圖片來源：VAMA

我們知道，當材料特別是鍍層材料的強度提升到2000MPa級別之后，它的應用特性（如焊接、抗氫脆性能）都會受到很嚴峻的挑戰。我們在材料開發階段對這些應用特性進行了深度的研究，并做了很好的平衡。下面左圖是對Usibor?2000沖擊韌性的評估，我們采用折彎實驗對 Usibor?2000在熱沖壓后、烘烤前后折彎角變化的情況進行了評估。結果顯示，材料在烘烤前大概是45度的水平，但是烘烤后能提升到50度左右的水平，這也使得Usibor?2000材料能滿足零件使用的要求。

圖片來源：VAMA

同時，我們對Usibor?2000的抗氫脆性能也進行了非常深度的研究。采用四點彎曲的方法，對材料基體里的氫含量對抗氫脆風險影響進行了評估。從上面右圖的研究結果顯示，當材料基體里的自由氫低于0.5ppm時，Usibor?2000的氫脆風險可以得到很好地控制，國內的熱沖壓廠也都具備相應的控制條件。

Ductibor?系列雖然是應用于軟區的產品，但是它的強度也達到了1000MPa的級別，同時兼具極佳的韌性。除了可以與Usibor?系列材料通過激光拼焊組合使用，Ductibor?1000也可以單獨沖壓成零件使用。其在熱沖壓烘烤之后的屈服強度可以達到800MPa以上，抗拉強度提升到1000MPa以上，折彎角可以達到80度以上。VAMA于2018年實現了Ductibor?1000的本土化生產，并于2019年開始批量供貨。

圖片來源：VAMA

從下圖左邊的拉伸曲線圖看到，Ductibor?1000材料的斷裂延伸率相對于Usibor?1500差別不大，但是從右邊的Ω實體零件的三點彎曲實驗可以看到，Usibor?1500的零件下壓90毫米，發生了比較嚴重的開裂；而Ductibor?1000的材料下壓120毫米，沒有發生任何的開裂。這個實驗結果足以說明，Ductibor?1000的材料具備高韌性的優勢。

圖片來源：VAMA

同時因為Ductibor?1000的強度處于1000MPa的級別，基本上不存在焊接和氫脆的風險，在國產化之后便得到了大批量應用，目前一年的供貨量達到四五萬噸的級別。

S-in motion?整車級別的輕量化鋼材解決方案

VAMA不僅僅是一家材料供應商，更是一家解決方案提供者。除了新材料的開發，我們在材料解決方案的研發上也處于行業領先水平。為了不斷適應汽車行業的發展趨勢，安賽樂米塔爾一直致力于研發具有競爭力的汽車鋼材解決方案，自2010年推出第一個S-in motion? B級車整車級別的鋼材解決方案以來，幾乎每年都會推出不同車型整車級別的鋼材解決方案。隨著這兩年新能源汽車的迅猛發展，我們順勢推出了包括插電式混動、純電動在內的新能源汽車整車級別的鋼材解決方案。另外，我們還推出了一系列核心總成級別的鋼材解決方案，如鋼制電池包、懸架等，可以為用戶提供更多定制化的服務。

圖片來源：VAMA

2020年初，我們推出了S-in motion?純電動SUV整車級別的鋼材解決方案，通過大量應用安賽樂米塔爾先進高強鋼以及激光拼焊技術，使得車身在輕量化和安全性能兩個方面都達到了極致。其中，高強鋼在車身上的應用達到63%，鋁硅鍍層熱成形鋼的應用達到33%，尤其是第二代鋁硅鍍層熱成形鋼的應用比例也達到了24%，這也為新能源汽車的車身設計以及選材策略上提供了很好的示范。

圖片來源：VAMA

最后，我來向大家介紹一下VAMA二期項目。為了持續將先進的產品和技術帶到中國汽車市場，VAMA在成立之初就已經規劃了二期工程。隨著VAMA的不斷成長，2021年二期項目開工建設，計劃將于今年第四季度投產，可以為VAMA的鍍層產品產帶來45萬噸的產能提升，產品厚度也能進一步拓展到3.2毫米。新的產線將并行生產三種不同鍍層產品，包括剛才重點介紹的第二代鋁硅鍍層熱成形鋼Usibor?2000和Ductibor?1000，以及鋅鋁鎂鍍層產品Zagnelis? 和第三代冷成形高強鋼Fortiform?。 

圖片來源：VAMA

相較常規鍍鋅產品，鋅鋁鎂鍍層能夠顯著提升材料的抗腐蝕性，同時也一定程度地提升了材料的沖壓成型性和穩定性，從而提升零件制造的效率。在國內，用鋅鋁鎂替代鍍鋅的行業趨勢也越來越明顯。

對此，安賽樂米塔爾開發了兩種不同成分的鋅鋁鎂鍍層產品，一個是鋁鎂含量相對較高的鍍層，一個是含量相對較低的鍍層。其中，鋁鎂含量相對較低的鍍層能夠進一步拓展應用到外板件上。在VAMA二期項目投產之后，將對鋅鋁鎂鍍層產品Zagnelis?進行國產化，屆時能夠為國內用戶提供更多的鍍層選擇。

圖片來源：VAMA

安賽樂米塔爾第三代冷成形高強鋼Fortiform?采用的是淬火配分的生產工藝，其顯著的特點在于：兼具高強度和高延伸率，用它來替代常規DP鋼，能夠帶來10%以上的輕量化效果。目前安賽樂米塔爾已經實現了Fortiform?980、Fortiform?1050、Fortiform?1180三個不同的牌號的批量生產，VAMA二期也將對Fortiform?進行國產化生產。

圖片來源：VAMA

（以上內容來自VAMA資深客戶技術支持工程師李久茂于2022年8月24日由蓋世汽車主辦的蓋世汽車2022第二屆中國車身大會發表的《第二代鋁硅鍍層熱成形鋼性能及輕量化應用》主題演講。）

返回第一電動網首頁 >