热成形钢在提升汽车性能中的关键角色

涂层热成形钢的工艺介绍

涂层热成形钢的工艺是针对传统热成形工艺中存在的氧化和腐蚀问题的一种创新解决方案。虽然在热成形过程中加热炉采用保护气体以减少氧化，但仍有少量氧气导致钢板表面氧化，形成氧化铁皮。这种氧化不仅影响零件的尺寸精度，还会由于氧化铁皮在模具中的脱落而缩短模具使用寿命，进而影响整个生产的效率。

为较少钢板在热冲压成形过程中热成形的表面氧化，一般会通过改善热成形钢的成分体系，开发抗氧化的热成形钢。而另一种途径，则是通过增加钢板的镀层，目前产业化应用的热成形钢镀层技术主要有Al—Si镀层 和锌基镀层。

1. Al-Si镀层技术 

1.1工艺介绍：

Al-Si（铝硅）系合金涂层能在高温热成形过程中在表面形成一层连续、均匀且致密的防护膜，主要成分包括氧化铝和氧化硅。这种涂层在高达950℃的环境下都能维持其结构和性能，显著优于其他涂层材料。

1.2 开发与应用

Al-Si镀层技术最初由ArcelorMittal公司开发，并已成功应用于热成形钢的涂层中。这种涂层不仅有效避免了加热过程中的表面氧化问题，还提高了模具的寿命并改善了成型零件的尺寸精度。

2.新型薄 Al—Si 镀层

一般认为，Al—Si涂层热成形钢 的断裂应变、抗冷弯角比无镀层钢板性能差，其原因是由无镀层板热冲压表面脱碳引起。高韧性的薄Al—Si镀 层技术，通过控制Al—Si总量降低，降低合金化层中Al与Fe金属间化合物的配位数，降低基体表面的C富集程度，从而提高Al—Si镀层热成形钢的塑性、抗冷弯和抗延迟开裂性能。该薄Al—Si镀层热成形钢的热成形前后镀层结构见图。

3.锌基镀层技术

目前，全球Al—Si涂层热成形钢材料及制造工艺方面专利已被阿赛洛米塔尔申请，为了避开相关专利保护技术，2008年，奥钢联集团推出了纯锌镀层的热冲压成形钢板。Zn具有较好的阴极保护作用，能够防止热成形加热过程中钢的氧化和脱碳，但是Zn基涂层热冲压钢在还有一系列的技术问题有待解决。

首先是热成形高温加热过程中，容易产生挥发。二是Zn基镀层板会发生液态金属脆化。在较大的热冲压外力的作用下，脆化的晶界会产生表面微裂纹，进而降低零件的塑性、抗疲劳寿命以及抗冷弯等服役性能。

早期工业化生产热成形钢板，是通过间接热成形的方法避免液态金属脆化现象，也即“两步法”热冲压成型（见图）。

其工艺过程是在板坯加热前，先通过冷冲压的模具进行零 件的预成型，然后再加热和热冲压，减少热冲压状态的变形量，进而避免液态金属脆化的问题。为进一步提高生产效率，Gestamp等提出了新型锌基热成形工艺，被俗称“一步镀锌法”热成形工艺（见图）。其省去了预冲压的步骤，与铝硅涂层工艺基本一致，目前该技术已在宝马等汽车公司量产应用。

热成形钢的微合金化的工艺介绍

微合金化技术是现代钢铁工业中提升钢材机械性能的一项关键技术。通过在钢中添加微量的合金元素，如钛（Ti）、铌（Nb）、钒（V）等，可以显著改善钢的强度、韧性和焊接性能，而无需显著增加成本。这些元素虽然加入量少，但对钢的综合性能改进效果卓越。

Mo+Nb 复合微合金化

在热成形钢的应用中，微合金化技术尤其重要。例如，Mo（钼）和Nb（铌）的复合微合金化不仅可以细化钢的晶粒结构，还能提高其在极端环境下的性能，如抗氢致延迟断裂性能。这一点在汽车工业中尤为关键，因为汽车安全组件需具备高强度和极高的耐久性。

韩国浦项工业大学和中信金属顾问边箭博士联合开发的铌钼合金化1.9GPa级热冲压成形钢就是一个突出的例子。通过铌微合金化，钢的奥氏体晶粒尺寸（Prior Austenite Grain Size, PAGS）从9μm降至4.7μm，显著提升了材料的性能。而当钼与铌复合使用时，晶粒细化作用比单独铌合金化更为显著，细化能力提高约10%。这种晶粒细化不仅增强了材料的力学性能，也提高了其抗裂纹扩展的能力，从而增强了材料在高压力和高动态负荷条件下的安全性。

此外，这种高强度的热成形钢通过微合金化处理，不仅保持了钢的可成形性，还提高了其在复杂成形过程中的稳定性，这对于制造复杂的汽车部件尤为重要。通过精确控制合金元素的添加比例和热处理工艺，可以进一步优化钢的性能，满足更为严苛的应用要求。

低成本热成形钢的工艺介绍

在追求成本效益的同时确保产品质量是现代钢铁制造业的核心挑战之一。为了降低生产成本而保持材料性能，低成本热成形钢的生产技术在过去几年中取得了显著进展。以下介绍两种代表性的低成本热成形钢生产技术：紧凑式带钢生产（CSP）和无头带钢生产（ESP）。

1.热轧 CSP 热成形钢 

1.1工艺介绍：

紧凑式带钢生产（Compact Strip Production，CSP）是薄板坯连铸连轧生产工艺之一，是将传统流程的连铸、加热、轧制等工序进行有机结合的新工艺，具有流程简约高效，投资少、节能环保等特点。

1.2 应用介绍：

采用CSP技术的热成形钢可以通过热轧过程直接替代传统的冷轧步骤，这种替代不仅降低了生产成本，还简化了制造流程。然而，CSP技术在应用时对钢板的厚度有一定的限制，需要精确控制以满足最终产品的质量要求。尽管如此，CSP热成形钢被视为热成形技术成本降低的有效手段，预计在未来将广泛应用于汽车及其他行业。

2.无头轧制ESP 

2.1工艺介绍：

ESP技术，即无头带钢生产，起源于意大利Acciaieria ArvediSpA公司的在线带钢生成（ISP）技术。这种技术是在多年操作经验的基础上，通过优化和合作开发而形成的新一代热轧带钢生产技术。

在ESP技术中，钢水直接浇铸成薄板坯，并立即送入轧机轧制成带钢。这一连续运行的生产线极大地提高了生产效率和材料的均匀性。

2.2应用介绍：

目前，ESP技术已被证明适用于生产包括低碳钢、高强度汽车钢板和含硼热成形钢在内的多种汽车用钢。这种技术不仅提高了生产效率，还能在保持低成本的同时，生产出满足严格工业标准的高质量钢材。

热成形汽车钢的发展展望

随着中国汽车产量的持续增长，结合轻量化、节能减排的需求以及严格的汽车安全法规，热冲压成形技术及其产品市场前景广阔。这不仅为热成形钢材和相关设备提供了巨大的商机，也推动了该技术在汽车制造业中的广泛应用。热冲压成形零件以其卓越的结构强度和刚度，在汽车安全设计中占据了核心地位，有效保护乘员安全并减少碰撞损伤。

然而，热成形零部件的发展同时面临一些技术挑战，如材料的韧性不足和氢致延迟断裂问题。这些问题需要在汽车设计和材料选择中被认真考虑，以确保零部件的性能和安全性。解决这些问题的策略包括改进材料配方、优化热处理过程以及采用先进的涂层技术来提高材料的抗氢脆能力。

展望未来，随着新钢种和改进的热成形技术的不断涌现，高强度、高韧性的热成形钢将在汽车轻量化和安全性提升中扮演越来越重要的角色。研究和开发更为先进的钢材种类，以及将微合金化等尖端科技应用于热成形过程中，将进一步推动这一领域的发展。此外，与全球环保和安全标准的紧密结合，也将驱动热成形技术的创新，使其更好地满足未来汽车工业的需求。

因此，热成形汽车钢的未来将聚焦于技术创新与材料性能的全面优化，同时，行业合作与标准化发展也是推动其市场扩展的关键因素。随着新技术的实施和新材料的应用，预计热成形钢将在全球汽车制造业中占据更加重要的地位，特别是在提升汽车性能和乘员安全方面。