堅(jiān)持將知識(shí)產(chǎn)權(quán)作為企業(yè)生存的命脈，育材堂致力于汽車輕量化和先進(jìn)功能性金屬材料的研發(fā)，與全球諸多汽車公司和材料公司深度合作，為傳統(tǒng)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(chǎn)品及其低成本激光拼焊門(mén)環(huán)策略》為主題，就高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼、激光拼焊技術(shù)及一體式門(mén)環(huán)兩部分內(nèi)容進(jìn)行了詳盡介紹。以下是演講內(nèi)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(jiǎn)介

我們這個(gè)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(tuán)隊(duì)人數(shù)不到40，但80%以上都是博士和碩士，專注于技術(shù)研究以及工程應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)。公司的方向是專注先進(jìn)的鋼材創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，致力于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)、高韌，以及特殊要求（高導(dǎo)熱）等行業(yè)需求。

公司路線是科研為先，再轉(zhuǎn)為技術(shù)，最后進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)。目前主要聚焦在熱成形鋼領(lǐng)域，通過(guò)這幾年的開(kāi)發(fā)，首先在鋁硅鍍層方面研發(fā)出了PHS鍍層技術(shù)：Aluslim?，slim意為“瘦身”，表示這種產(chǎn)品是一種鍍層更薄，更具有成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì)的鍍層。

基于這種鍍層，我們又在材料方面研發(fā)了PHS基材技術(shù)：2000MPa、1500MPa和1000MPa PHS。針對(duì)實(shí)際工況應(yīng)用、不同場(chǎng)景、開(kāi)發(fā)出了不同強(qiáng)度級(jí)別和不同韌性需求，為汽車設(shè)計(jì)人員提供了柔性化的產(chǎn)品選擇。這些材料的技術(shù)基礎(chǔ)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(fā)，比如高導(dǎo)熱模具鋼。隨著一體式零件集成越來(lái)越強(qiáng)，零件越來(lái)越大，這不但要求壓機(jī)噸位，對(duì)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(dǎo)熱模具鋼，簡(jiǎn)單地理解就是，雖然成形溫度升高了，但是材料的導(dǎo)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(gè)研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，代表了我們公司在整個(gè)流程開(kāi)發(fā)過(guò)程中一個(gè)具有特色的點(diǎn)：通過(guò)串聯(lián)合金設(shè)計(jì)-工藝研究-應(yīng)用評(píng)價(jià)的完整鏈條，我們具備熱沖壓鋼產(chǎn)品全流程研發(fā)能力。

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針對(duì)熱沖壓工藝，我們會(huì)對(duì)它的工藝進(jìn)行較多的柔性仿真，實(shí)驗(yàn)室里面也自主研發(fā)了一套特殊的熱沖壓工藝裝備，可以針對(duì)不同的材料和性能進(jìn)行熱沖壓的模擬。這些研發(fā)和應(yīng)用離不開(kāi)我們同車企與鋼廠的交流，我們團(tuán)隊(duì)的研發(fā)領(lǐng)域覆蓋了產(chǎn)業(yè)鏈的不同位置，可以無(wú)差別和零部件廠、車廠進(jìn)行互動(dòng)。我們也不只是一個(gè)技術(shù)開(kāi)發(fā)方，希望和整個(gè)熱沖壓行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈里的工程技術(shù)人員進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)，伴隨行業(yè)共同進(jìn)步。

高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼

接下來(lái)我介紹一下高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼。熱沖壓是一個(gè)從軟態(tài)到加熱更軟態(tài)，到成形之后變成硬態(tài)的過(guò)程，因?yàn)檫^(guò)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(fā)明了一款在我看來(lái)是全球最偉大的鋼鐵產(chǎn)品，可以在單一品種上賣到全球三百萬(wàn)噸，這是其他鋼永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到的，這也就是鋁硅鍍層產(chǎn)品，這種產(chǎn)品解決熱成形過(guò)程中的表面氧化和脫碳問(wèn)題。

但是不管多偉大的產(chǎn)品，使用過(guò)程中都會(huì)存在不友好的技術(shù)問(wèn)題。常規(guī)鍍層產(chǎn)品面臨三大問(wèn)題：第一，加熱效率低，鍍層液化粘輥；第二，韌性不足，延遲開(kāi)裂問(wèn)題；第三，零件防腐，點(diǎn)焊電極磨損。

我們公司擅長(zhǎng)在基礎(chǔ)技術(shù)問(wèn)題中找到本質(zhì)，通過(guò)顯微分析，我們基于韌性不足的問(wèn)題進(jìn)行了推測(cè)，覺(jué)得是在加熱過(guò)程中鐵鋁發(fā)生擴(kuò)散，在基材界面形成富碳特征。因?yàn)楦惶继卣饕坏┬纬?，在熱沖壓之后，高碳馬氏體就會(huì)覆蓋基體表層。在碰撞變形過(guò)程中首先發(fā)生的會(huì)是折彎開(kāi)裂，如果表面有一層脆性的富碳層，材料的韌性肯定會(huì)降低，表面裂紋優(yōu)先從脆性的富碳層出現(xiàn)。下圖是微觀的分析，證實(shí)了界面上有明顯的富碳特征。

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找準(zhǔn)了關(guān)鍵，如果想解決這個(gè)問(wèn)題，是不是有一種比較科學(xué)而簡(jiǎn)單的方法？我們公司就結(jié)合鋼鐵的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，用了兩個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法就把問(wèn)題解決了。首先，把鍍層減薄，大家都知道鍍層是鋁，加熱過(guò)程中鐵鋁會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，但如果鋁少了，擴(kuò)散過(guò)程可能會(huì)被抑制，富碳特征可能會(huì)減弱。同時(shí)，如果在涂鍍之前，在基材生產(chǎn)時(shí)基板表面進(jìn)行一定脫碳處理，從來(lái)源上降低基材表層的含碳量，自然而然表面這層富碳就會(huì)消失。

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我們也發(fā)現(xiàn)，鍍層減薄后對(duì)加熱也有好處。實(shí)際在熱沖壓過(guò)程中，表面的鍍層液化之后會(huì)大量地吸熱，高吸收熱量的特征也使得鋁硅鍍層在加熱過(guò)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(huì)帶來(lái)用電的減少，單位面積上鋁硅鍍層減薄，也會(huì)導(dǎo)向更低碳的結(jié)果，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率。關(guān)于這個(gè)技術(shù)我們已經(jīng)形成了自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也已經(jīng)給國(guó)內(nèi)三家鋼廠進(jìn)行了專利許可，完成了相應(yīng)的試制和材料認(rèn)證。

高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼零件試驗(yàn)

我們也進(jìn)行了一些高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼零件試驗(yàn)。在門(mén)檻件三點(diǎn)壓彎試驗(yàn)中，最后開(kāi)裂失效的位置是一個(gè)彎角。如果用薄厚兩種鍍層進(jìn)行對(duì)比，使用薄鍍層時(shí)，數(shù)據(jù)顯示吸能性能有一定比例的提高，那么碰撞安全性肯定會(huì)提升。在B柱三點(diǎn)壓彎試驗(yàn)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(fā)生。

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

通過(guò)材料成分的設(shè)計(jì)優(yōu)化，在PH值等于1的強(qiáng)酸條件下，保持100%屈服強(qiáng)度的應(yīng)力水平，1000MPa和1500MPa的材料在120h內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂。但1800MPa的材料在強(qiáng)酸的條件下還是有一些問(wèn)題，雖然它的應(yīng)力水平基本和1500MPa材料接近，但延遲開(kāi)裂的性能沒(méi)有1500MPa的材料那么好。然而，空氣介質(zhì)下，保持100%屈服強(qiáng)度應(yīng)力水平，1800MPa材料可保證淬火態(tài)和烘烤態(tài)300h不開(kāi)裂。

合適的材料應(yīng)該用到合適的部位。這些不同性能的產(chǎn)品可以給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)更柔性化的設(shè)計(jì)方案。比如說(shuō)，1000MPa材料具備最佳的韌性和較高的強(qiáng)度，適用于碰撞變形過(guò)程用以吸能的部件。1500MPa具有均衡的強(qiáng)韌性，適用于各種碰撞工況的部件。1800MPa具備超高的強(qiáng)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(qiáng)度級(jí)別材料均完成材料和零件級(jí)的材料斷裂和焊點(diǎn)HAZ失效卡片標(biāo)定，并支持車企進(jìn)行精確CAE仿真。

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激光拼焊技術(shù)及一體式門(mén)環(huán)

要將上述材料實(shí)現(xiàn)集成，就會(huì)涉及到激光拼焊以及一體式門(mén)環(huán)的工藝及應(yīng)用。行業(yè)而言，多零件合一的一體式集成設(shè)計(jì)方案成為汽車車身輕量設(shè)計(jì)化的大趨勢(shì)，激光拼焊技術(shù)將在在汽車車身制造發(fā)展中扮演重要角色，這一技術(shù)具備四大優(yōu)勢(shì)：1、低成本：鋼鐵材料、高材料利用率 、集成化設(shè)計(jì)；2、輕量化：多材料規(guī)格柔性拼焊、無(wú)搭接邊；3、更好碰撞安全性：強(qiáng)弱合理分配；4、低碳排放。

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對(duì)比傳統(tǒng)的散件生產(chǎn)流程和一體式門(mén)環(huán)的生產(chǎn)流程。在落料的環(huán)節(jié)差不多，但是傳統(tǒng)散件生產(chǎn)流程中，落料之后的散件需要直接進(jìn)行熱沖壓，形成每個(gè)單件之后再進(jìn)行點(diǎn)焊，形成最終產(chǎn)品。在一體式生產(chǎn)流程中，落料之后還要把所有的材料進(jìn)行激光拼焊，形成一個(gè)完整的料片之后再進(jìn)行一體化的熱沖壓。從流程來(lái)看，后者對(duì)于零件、供應(yīng)商，物流、模具的管理更深入，會(huì)使得整個(gè)生產(chǎn)流程更高效和低碳。

在這一流程下，一體化激光拼焊門(mén)環(huán)具備五個(gè)特點(diǎn)：集成化設(shè)計(jì)，減少零件數(shù)量；通過(guò)分塊優(yōu)化，材料利用率提升；材料厚度、強(qiáng)度可靈活組合；在高變形區(qū)域應(yīng)用高韌性材料，安全性更高；但工藝成本高。

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鋁硅鍍層熱沖壓鋼激光拼焊也存在顯著的技術(shù)問(wèn)題，那就是焊縫強(qiáng)度弱于母材。比如特斯拉的Model Y采用內(nèi)外側(cè)四門(mén)環(huán)設(shè)計(jì)，采用的是剝離+激光拼焊的技術(shù)，那么，為什么鋁硅鍍層熱成形鋼在激光拼焊過(guò)程之后還一定要加激光剝離呢？因?yàn)樵谶M(jìn)行鋁硅鍍層激光拼焊的過(guò)程中，鍍層中所有的鋁都進(jìn)入到焊縫，使得熱處理之后會(huì)形成軟相的組織，融入的鋁使得焊縫熱沖壓后變?yōu)镕+M的雙相組織，但是兩個(gè)母材都是硬相組織。面臨變形和拉伸時(shí)，焊縫自然會(huì)成為弱項(xiàng)。因此，如果想提高焊縫強(qiáng)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(shí)需要進(jìn)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(jìn)行焊接。這是由于鍍層減薄，進(jìn)入焊縫Al顯著降低，焊縫質(zhì)量更穩(wěn)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(wú)額外間隙預(yù)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(shí)保證焊縫的質(zhì)量，減少原材料浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

做一個(gè)總結(jié)，育材堂（蘇州）材料科技有限公司致力于為客戶帶來(lái)高韌性薄鋁硅鍍層熱沖壓鋼及其拼焊產(chǎn)品的全流程技術(shù)解決方案，提供材料強(qiáng)度在500/1000/1500/1800MPa的高韌性鋁硅鍍層材料支持；分塊優(yōu)化 (厚度分布，焊縫設(shè)計(jì))、可制造性分析的拼焊產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)支持；提供低成本高效率拼焊產(chǎn)品。

以上是我的匯報(bào)。

（以上內(nèi)容來(lái)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(guó)車身大會(huì)發(fā)表的《鋁硅鍍層熱成形材料產(chǎn)品及其低成本激光拼焊門(mén)環(huán)策略》主題演講。）

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