汽車用高強度鋼熱成型技術

王亞東

東風柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545000

1 關于汽車用高強度鋼

對于目前汽車行業的創新和發展，一方面要順應當前國家提倡的節能減排要求，使汽車輕量化，另一方面要努力提高汽車整體的舒適、安全、動力等性能，這是汽車行業整體發展創新的方向，而高強度鋼熱成型技術在汽車領域的應用有效的解決了這一問題，更好的滿足了市場和消費者的需求。

在汽車行業發展的進程中，滿足性能的前提下質量輕化的方法具體有：一是選擇密度較低的汽車制造材料，像鋁合金等多種材料可以有效的替代原先的鋼材料；二是使用高強度鋼熱成型技術，在滿足強度要求的情況下減少加強板等零件的數量；三是通過先進的汽車加工技術減少材料使用[1]。而其中整體效果最佳的便是高強度鋼熱成型用技術。

2 關于高強度鋼熱成型技術

2.1 原理

高強度鋼熱成型技術的原理是將高強度鋼在加熱過程中實現相變，使珠光體和鐵素體均勻奧氏體化，然后在模具內沖壓成型，同時利用模具內的冷卻水道，將沖壓成型的零件快速均勻的冷卻，從而將奧氏體轉化為馬氏體。進而使汽車用高強度鋼獲得更高的屈服強度和抗拉強度，有效的提升車身的整體性能，獲得更高的安全性。

2.2 特點

對于汽車用高強度鋼熱成型技術，由于其相對于一般的冷沖壓零件具有更高的強度，可以減少車身加強板的使用，在汽車制造過程中帶來更高安全性的同時也實現了整車質量的輕量化。在高強度鋼熱成型技術中，熱成型工藝使得使材料具有更好的延展性，更利于成型，同時可以使材料在極高溫度沖壓成型后回彈量較小，從而提高了汽車制造中零件的尺寸精度。

但對于熱成型技術來說，目前還有一些缺點有待進一步的改進和提升，當前在汽車制造中使用的高強度鋼熱成型零件，對于改進汽車性能的總體性價比較高，但相較于同尺寸的冷沖壓零件，熱成型零件自身的成本是沒有優勢的，這主要是由于熱成型工藝的特點決定的，熱成型技術對于材料的溫度控制，模具的冷卻系統，零件的后處理工藝，都有著嚴格的要求，因此熱成型技術在工藝性及自身成本方面還有巨大的發展進步空間。

2.3 應用成果

在整個汽車用高強度鋼熱成型技術行業中，我國的高強度鋼熱成型技術近年來不斷的發展和創新，并廣泛應用在汽車制造業中。從最初的探索研究開始，從合資汽車品牌到自主汽車品牌，汽車用熱成型零件的使用范圍越來越廣，覆蓋率越來越高，在極短的時間內得到極大的提升和發展。

隨著時間的推移，科技的進步推動著汽車行業的不斷發展，同時高強度鋼熱成型技術也伴隨著汽車行業的高速發展而迅速普及。如車門防撞梁，前圍下橫梁，A/B柱，中央通道，門檻外板等，這些熱成型零件越來越多的應用于與車身安全相關的關鍵位置。圖1是某國產車前圍下橫梁熱成型零件。

3 汽車用高強度鋼熱成型技術淺析和發展展望

3.1 汽車用高強度鋼熱成型關鍵技術

3.1.1 鋼材需求

材料的選擇對于汽車用高強度鋼熱成型技術是十分關鍵的，這會直接影響到后期高強度鋼的效果以及整車的性能。在當前汽車領域高強度鋼熱成型技術中，大部分熱成型零件所使用的材料都是硼鋼，這種材料具有良好的沖壓模具成形性，從而有效的保證了熱成型零件的尺寸精度。其中硼鋼的強度是傳統汽車制造中鋼材的3到4倍，極大的減少了所使用材料的厚度以及質量，從而更好的減輕汽車的總體質量，使制造出的汽車達到了良好的節能減排效果，提高了汽車在行駛過程中的安全性能，目前已在汽車制造行業中被廣泛使用[3]。

圖1 某國產車前圍下橫梁熱成型零件

3.1.2 表面鍍層技術

表面鍍層技術是汽車用熱成型零件的重要組成部分。在熱成型零件的整個生產工藝中，由于材料在高溫的空氣中極為容易發生氧化反應，從而使鋼材的表面生成氧化皮，影響了零件在后面焊裝工藝的焊接性能以及涂裝工藝的油漆附著力。而為了不影響零件后期的工藝性能以及強度，所以要對熱成型零件進行加工處理以去掉材料表面的的氧化皮，傳統的拋丸處理或者酸洗處理方法在很大程度上增加了熱成型零件的成本。

由于人們對于汽車車身零件的抗腐蝕能力越來越重視，使得汽車零部件的表面鍍層技術有了良好的創新和發展，熱成型材料所使用的鍍層也被開發出來。與傳統的表面鍍層技術不同，熱成型材料所使用的鍍層本身具備極高的耐高溫性以及抗腐蝕性等特點，從而很好的解決了鋼板材料易腐蝕的特點以及裸板暴露在空氣中產生氧化皮影響工藝性能的問題。

3.1.3 模具設計

在汽車用熱成型零件生產工藝過程中，不論是板料還是模具都要經過由常溫到高溫的急劇溫度變化，這就要求板料和模具能夠快速、均勻的散熱，因此必須要科學的設計模具。所以在模具設計之初，就要對熱成型零件整個生產工藝過程進行溫度變化CAE分析，根據CAE分析的結果來指導模具設計，合理的選擇模具材質，布置模具冷卻水道。模具合理均勻的散熱，不僅有利于零件的成型，同時對于模具鑲塊自身壽命也有重大意義。圖2是某國產車前圍下橫梁熱成型零件模具。

圖2 某國產車前圍下橫梁熱成型零件模具

3.1.4 缺點

熱成型技術的快速發展，也暴露出自身的一些問題。只有解決這些問題，更好的節約成本，滿足汽車行業的需求，才能促進汽車制造業的發展。熱成型零件目前的難點在于如何精確的控制零件成型的冷卻速度，不同的冷卻速度會導致材料回彈不同，影響熱成型零件的尺寸精度。為了更精確的控制熱成型零件的冷卻速度，獲取更高的零件強度和尺寸精度，這對零件的生產工藝提出了更高的要求，因此增加了生產成本和制造難度，這將是未來熱成型技術的發展必須要攻克的一道難關。

3.2 汽車用高強度鋼熱成型應用發展展望

目前我國對于汽車用高強度鋼熱成型技術的掌握取得了一定的成果，國內相關科研人員經過不斷的實驗研究，已經開發出了成熟的硼鋼材料熱沖壓成型工藝流程，該工藝流程已經得以量產驗證，有效的優化和發展了汽車用高強度鋼熱成型技術。近些年來，國外對于汽車用高強度鋼熱成型技術的重視程度不斷增加，世界范圍內開展了一系列以硼鋼材料為基礎的高強度鋼的開發創新研究，并取得了良好的效果。

4 結語

科技的不斷發展和進步，人們消費理念的不斷升級，人們對于汽車安全性的關注，對于節能減排的重視，這些對汽車行業提出了新的需求，而汽車用高強度鋼熱成型技術以其自身的優勢，很好的滿足了這些需求。未來更多的科研人員以及資金的投入，必將使熱成型技術產業不斷的發展和壯大，熱成型技術將會獲得越來越多的應用場景，這將對于整個汽車制造行業的發展產生重要的影響。