李光瀛１，唐　荻２，王先進(jìn)２

（１．中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司鐵研究總院，北京?。保埃埃埃福保唬玻本┛萍即髮W(xué)，北京?。保埃埃埃福常?/span>

摘  要：國(guó)際汽車(chē)業(yè)實(shí)施的全球化戰(zhàn)略，包括新車(chē)型的全球開(kāi)發(fā)平臺(tái)、零部件和構(gòu)件的模塊化制造與全球采購(gòu)、汽車(chē)產(chǎn)品的全球制造－銷(xiāo)售－服務(wù)，促使世界上的先進(jìn)鋼鐵企業(yè)從單純的汽車(chē)用原材料生產(chǎn)商轉(zhuǎn)變?yōu)槠?chē)構(gòu)件成品、半成品、新型沖壓板料和系列化原材料的綜合供應(yīng)商，成為汽車(chē)業(yè)密切而可靠的戰(zhàn)略合作伙伴。此外，世界能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)衰退問(wèn)題，進(jìn)一步促使我國(guó)鋼鐵企業(yè)的汽車(chē)板生產(chǎn)向深加工方向發(fā)展。本文簡(jiǎn)要說(shuō)明了汽車(chē)板深加工主要技術(shù)產(chǎn)品，主要介紹了發(fā)展較快的激光拼焊板和熱成形技術(shù)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了汽車(chē)板深加工所要求的材料基礎(chǔ)：系列化與均質(zhì)化。

關(guān)鍵詞：模塊化制造；汽車(chē)板；深加工；激光拼焊板；熱沖壓成形

１　汽車(chē)制造及汽車(chē)板生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)

為提高汽車(chē)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)際汽車(chē)制造業(yè)實(shí)施全球化戰(zhàn)略，建立起新車(chē)型的全球開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)各種車(chē)型所需的零部件和構(gòu)件采用系統(tǒng)化開(kāi)發(fā)、模塊化制造、集成化供貨和全球化采購(gòu)的方式，使汽車(chē)產(chǎn)品的制造、銷(xiāo)售和售后服務(wù)完全實(shí)現(xiàn)全球一體化。目前，世界排名前列的跨國(guó)汽車(chē)制造廠家，如通用、大眾、豐田、雷諾日產(chǎn)、現(xiàn)代、福特等基本上實(shí)現(xiàn)了全球化發(fā)展戰(zhàn)略。這些汽車(chē)制造廠家能夠?qū)崿F(xiàn)在全球范圍內(nèi)的資源合理配置，提高產(chǎn)品通用化程度，有效地提高和控制產(chǎn)品質(zhì)量，并降低制造成本。全球化的經(jīng)營(yíng)管理是這些跨國(guó)公司制定汽車(chē)發(fā)展戰(zhàn)略決策的關(guān)鍵［１－４］。

在這種發(fā)展趨勢(shì)下，以鋼鐵原材料直接供給汽車(chē)制造廠家的原始營(yíng)銷(xiāo)方式和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈正在隨之發(fā)生重要變化，以汽車(chē)構(gòu)件和零部件模塊提供給汽車(chē)制造廠家的新型營(yíng)銷(xiāo)方式和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈正在建立和形成。國(guó)際上的先進(jìn)鋼鐵企業(yè)，例如德國(guó)蒂森、法國(guó)阿塞洛（現(xiàn)為阿塞洛－米塔爾）等，可向汽車(chē)制造廠家提供大量輕量化車(chē)身所需的激光拼焊板、液壓成形構(gòu)件和熱沖壓成形構(gòu)件等深加工產(chǎn)品，這些企業(yè)從單純的汽車(chē)車(chē)身原材料供應(yīng)商轉(zhuǎn)變?yōu)槠?chē)構(gòu)件的成品、半成品、拼焊板料和系列化原材料的綜合供應(yīng)商，成為汽車(chē)制造業(yè)密切而可靠的戰(zhàn)略合作伙伴。

此外，世界能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)衰退問(wèn)題，進(jìn)一步促使我國(guó)鋼鐵企業(yè)的汽車(chē)板生產(chǎn)向深加工方向發(fā)展。中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，２０１１年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量為１８４１．８９萬(wàn)輛，比２０１０年的１８２６萬(wàn)輛略有增長(zhǎng)，仍然高于美國(guó)（８６４．６萬(wàn)輛）和日本（８３９．９萬(wàn)輛）汽車(chē)產(chǎn)量的總和１７０４．５萬(wàn)輛，占２０１１年世界汽車(chē)總產(chǎn)量８００６．４萬(wàn) 輛的２３．０％，２０１２年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)到１９２７萬(wàn)輛，連續(xù)４年保持世界第１。中國(guó)石油和化工聯(lián)合會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，２０１０年和２０１１年中國(guó)石油消費(fèi)量分別為４．４億ｔ和４．９億ｔ，進(jìn)口量高達(dá)５５．１％和５５．２％。在“十一五”規(guī)劃中我國(guó)新增的１億ｔ煉油能力，幾乎被５年間新增的３５００多萬(wàn)輛汽車(chē)消耗掉。預(yù)計(jì)２０２０年，中國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴(lài)度將達(dá)到６０％。據(jù)工信部裝備工業(yè)司預(yù)計(jì)，２０２０年中國(guó)汽車(chē)保有量將超過(guò)２億輛，所需汽油和柴油超過(guò)３億ｔ，需要４億ｔ石油來(lái)煉制，相當(dāng)于中國(guó)２０１２年全年石油消費(fèi)量的８０％。

因此，為提高汽車(chē)的燃油效率而開(kāi)發(fā)輕量化車(chē)身材料及其加工成形與制造技術(shù)，已成為汽車(chē)制造業(yè)與鋼鐵行業(yè)共同面臨的重大課題。從２０世紀(jì)７０年代第１次能源危機(jī)以來(lái)，經(jīng)過(guò)近４０年的努力，目前汽車(chē)輕量化技術(shù)已經(jīng)形成以超輕鋼為基礎(chǔ)的多元化材料體系。超輕鋼車(chē)身ＵＬＳＡＢ和未來(lái)鋼汽車(chē)ＦＳＶ，全面采用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼ＡＨ－ＳＳ汽車(chē)板和各種深加工技術(shù)，已經(jīng)使汽車(chē)車(chē)身分別減重２５％和３５％，使車(chē)身具有五星級(jí)抗沖撞安全級(jí)別，減少總體生命循環(huán)排放近７０％，在提高安全與環(huán)保指數(shù)的同時(shí)不增加制造成本［５］。

中國(guó)汽車(chē)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，不僅對(duì)汽車(chē)用鋼提出了巨大的產(chǎn)量需求，更重要的是如何使汽車(chē)用鋼滿(mǎn)足新一代節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適車(chē)型對(duì)汽車(chē)材料的技術(shù)要求，特別是汽車(chē)在輕量化、節(jié)能、減排、環(huán)保的同時(shí)，必須保證優(yōu)良的抗沖撞性能和駕乘者的安全舒適。今后５～１０年，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ?。樱簦澹澹欤蟆。粒龋樱樱┢?chē)板和輕量化車(chē)身構(gòu)件的深加工技術(shù)（Ｄｅｅｐ?。祝铮颍耄椋睿纾裕澹悖瑁睿铮欤铮纾?，ＤＷＴ）的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，成為鋼鐵行業(yè)的重大課題與迫切任務(wù)。

２　汽車(chē)板深加工技術(shù)及產(chǎn)品

汽車(chē)車(chē)身構(gòu)件的加工制作，主要是對(duì)汽車(chē)板原材料的沖壓成形與焊接。目前汽車(chē)板深加工技術(shù)及產(chǎn)品［６－１８］見(jiàn)表１。

對(duì)于工藝技術(shù)復(fù)雜、性能質(zhì)量新穎、尚無(wú)成熟標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品，在開(kāi)發(fā)階段可以作為深加工產(chǎn)品，例如先進(jìn)高強(qiáng)度鋼ＡＨＳＳ中的第３代產(chǎn)品Ｑ－Ｐ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ－Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）鋼，目前國(guó)內(nèi)外均處于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工藝技術(shù)比較復(fù)雜，雖然具有高強(qiáng)度高塑性，但尚無(wú)成熟技術(shù)和穩(wěn)定產(chǎn)品以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，暫時(shí)列為深加工產(chǎn)品。 

對(duì)于 熱 成 形 （Ｈｏｔ?。疲铮颍恚椋睿缁颍龋铮簟。樱簦幔恚穑椋睿纾┘夹g(shù)，采用熱沖壓成形與隨后淬火處理工藝相結(jié)合的方式，可使屈服強(qiáng)度為３５０ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度為５５０ＭＰａ的普通高強(qiáng)度低合金鋼板，熱成形后 成 為 屈 服 強(qiáng) 度 達(dá)１０００ＭＰａ，抗 拉 強(qiáng) 度 達(dá)１５００ＭＰａ的超高強(qiáng)度 構(gòu)件，強(qiáng) 度水 平提 高了３倍，已用作重要汽車(chē)構(gòu)件。

本文主要介紹激光拼焊板的生產(chǎn)應(yīng)用及熱成形工藝技術(shù)。

３激光拼焊板［５－９］

３．１激光拼焊板生產(chǎn)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

激光拼焊板（ＬＴＢ或ＴＷＢ）是將不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂鍍層表面的鋼板，采用激光焊接技術(shù)連接成一塊整體沖壓板料，沖壓成形后能夠滿(mǎn)足車(chē)身構(gòu)件不同部位的不同使用性能要求。１９８５年德國(guó)蒂森鋼鐵公司與德國(guó)大眾汽車(chē)公司合作，開(kāi)發(fā)出全球第１塊激光拼焊板并使用在奧迪１００車(chē)身上。２０世紀(jì)９０年代，歐洲、北美和亞洲日本各大汽車(chē)制造廠家開(kāi)始大量采用激光拼焊板。目前，激光拼焊板主要用于車(chē)身的前后車(chē)門(mén)內(nèi)板、底板、前后縱梁、Ａ、Ｂ、Ｃ立柱、輪罩等構(gòu)件。

美國(guó)福特公司是世界上使用激光拼焊板最多的汽車(chē)廠家，其中皮卡車(chē)型（包括Ｆ－１５０Ｓ新車(chē)型）每年使用１００萬(wàn)件激光拼焊板，其應(yīng)用正在向轎車(chē)、面包車(chē)和ＳＵＶ等車(chē)型擴(kuò)展，顯著節(jié)省了材料、減輕了車(chē)身重量、提高了燃油效率，并提高了車(chē)身的抗沖撞能力。

目前全世界已建有１００多條激光拼焊板生產(chǎn)線(xiàn)，其中德國(guó)蒂森克虜伯和法國(guó)阿賽洛是當(dāng)今世界最大的兩家激光拼焊板生產(chǎn)商和配套商，而德國(guó)蒂森克虜伯公司是世界上生產(chǎn)激光拼焊板數(shù)量最多的鋼鐵廠，２００９年生產(chǎn)激光拼焊板４２．５萬(wàn)ｔ，銷(xiāo)售額５．０３億歐元（約５０億元人民幣）。目前，歐洲生產(chǎn)的激光拼焊板占世界總產(chǎn)量的７０％，美國(guó)生產(chǎn)的占２０％，日本生產(chǎn)的占１０％。中國(guó)第１條激光拼焊板生產(chǎn)線(xiàn)于２００２年１０月在武漢建成，屬于德國(guó)蒂森公司在世界上的８條海外生產(chǎn)線(xiàn)之一；現(xiàn)在我國(guó)的激光拼焊板生產(chǎn)線(xiàn)主要有３條，即上海寶鋼的阿賽洛、武漢中仁（蒂森克虜伯）和鞍鋼蒂森克虜伯公司。

３．２激光拼焊工藝設(shè)備

激光束 可 聚 焦 于 很 小 的 直 徑 （小 于Φ０．５ｍｍ）。激光在鋼板邊部引導(dǎo)出的淡藍(lán)色等離子體可加熱并融合兩塊鋼板對(duì)接的邊部，無(wú)需任何金屬填料進(jìn)行焊接。通常使用的是功率強(qiáng)大的ＣＯ２激光器，焊接設(shè)備已經(jīng)被改進(jìn)為固定的激光光束系統(tǒng)與鋼板導(dǎo)入輥道臺(tái)架系統(tǒng)，裁剪的板料被成對(duì)地送入激光焊機(jī)工作臺(tái)，可連續(xù)焊接并提高異種鋼板原料之間拼焊的生產(chǎn)率，見(jiàn)圖１、圖２?？筛鶕?jù)激光功率、強(qiáng)度分布、焊接速度、聚焦調(diào)節(jié)、切邊幾何形狀和質(zhì)量、兩個(gè)對(duì)接邊部的相對(duì)位置來(lái)調(diào)節(jié)焊縫。激光焊接是端部結(jié)合，焊縫體積很

小，其寬度可小于１ｍｍ。由于沒(méi)有使用任何填充材料（焊絲、焊劑等），不存在焊縫高度問(wèn)題，熱影響區(qū)很小。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試表明，焊接樣品的斷裂總是位于基體處，焊縫并不影響成形過(guò)程。對(duì)于激光拼焊的鍍鋅板，陰極保護(hù)仍然有效。 

３．３激光拼焊板車(chē)身構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)

蒂森克虜伯激光拼焊板公司（ＴＫＴＢ）一般會(huì)在新車(chē)型投產(chǎn)前２年和汽車(chē)制造廠家一起來(lái)完成激光拼焊板的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工作，主要是對(duì)車(chē)身構(gòu)

件進(jìn)行數(shù)字模擬分析（例如構(gòu)件的撞擊模擬）、激光拼焊板的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品樣本的設(shè)計(jì)和制造、模具的調(diào)試和深沖試驗(yàn)，并對(duì)模具的設(shè)計(jì)和制造以及總裝工藝提出參考意見(jiàn)。激光拼焊板制作的車(chē)身構(gòu)件如圖３、圖４所示。

激光拼焊板車(chē)身構(gòu)件具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

（１）根據(jù)構(gòu)件不同部位的受力、承載和腐蝕狀況 ，將不同強(qiáng)度級(jí)別、不同厚度、不同表面處理狀態(tài)的板材拼焊在一起，成為同一塊沖壓板料和成形構(gòu)件，不僅充分利用了不同板料的使用性能，而且可以對(duì)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕構(gòu)件的重量，對(duì)于汽車(chē)輕量化、節(jié)能、抗沖撞和安全十分有益；

（２）車(chē)身構(gòu)件數(shù)量顯著減少，沖壓和焊接制造工藝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)設(shè)備減少，效率提高，整車(chē)制造與裝配成本顯著降低；汽車(chē)構(gòu)件板料在成形前通過(guò)激光焊接工藝連接在一起，使成形構(gòu)件產(chǎn)品的精度提高，制造與裝配公差減小；

（３）由于激光拼焊是把不同基板的邊部對(duì)焊在一起，不需要加強(qiáng)板，也沒(méi)有搭接縫，不僅提高了拼焊板構(gòu)件的耐腐蝕性能，而且減少了對(duì)構(gòu)件進(jìn)行密封處理的工藝措施。同時(shí)，提高了車(chē)身構(gòu)件設(shè)計(jì)的靈活性。

４熱成形技術(shù)［１２－１８］

４．１熱成形技術(shù)的發(fā)展

熱成形技術(shù)是瑞典Ｐｌａｎｎｊａ公司研究開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，于１９７７年申請(qǐng)了專(zhuān)利。瑞典薩博汽車(chē)制造廠于１９８４年首先在ＳＡＡＢ９０００車(chē)型中使用了含硼鋼的熱成形強(qiáng)化構(gòu)件。１９８７年世界熱成形構(gòu)件產(chǎn)量達(dá)到３００萬(wàn)件，１９９７年增加到８００萬(wàn)

件。２０００年法國(guó)阿塞洛公司開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)度熱沖壓構(gòu)件Ｕｓｉｂｏｒ１５００，其抗拉強(qiáng)度達(dá)１５００ＭＰａ。此后，熱成形構(gòu)件產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，２００７年全球熱成形構(gòu)件產(chǎn)量達(dá)到１．０７億件。２０１１年全世界已有１４２條熱成形生產(chǎn)線(xiàn)，預(yù)計(jì)２０１３年全球的熱成形構(gòu)件產(chǎn)量將達(dá)到４．５億件。

４．２熱成形工藝及典型熱成形鋼成分和性能

典型熱成形鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表２［１２］?？紤]到鋼板下料模具的設(shè)計(jì)，最常用的熱成形鋼是含硼鋼２２ＭｎＢ５，其在室溫下具有鐵素體－珠光體組織，抗拉強(qiáng)度最高為６００ ＭＰａ，成形后用于安全結(jié)構(gòu)件 。

熱成形工藝加熱和保溫時(shí)間為８ｍｉｎ左右，在奧氏體區(qū)（９００～９５０℃）對(duì)淬火硬化鋼進(jìn)行熱成形，沖壓周期為２０～３０ｓ，每組可同時(shí)成形２件以上多塊鋼板構(gòu)件。變形溫度在９００～９５０℃時(shí)，鋼板奧氏體化后的低強(qiáng)度（σｂ＜１５０ＭＰａ）和高伸長(zhǎng)率（Ａ＞５０％）使得復(fù)雜形狀的構(gòu)件能夠順利沖壓成形，構(gòu)件無(wú)回彈，幾何精度高。為避免構(gòu)件表面氧化，需要使用一種專(zhuān)用的以Ａｌ和Ｓｉ為基的防高溫氧化涂料。

熱成形后立即對(duì)模具中的構(gòu)件進(jìn)行淬火處理，冷卻速率大于２７Ｋ／ｓ，使構(gòu)件迅速冷卻到馬氏體點(diǎn)ＭＳ＝４２５℃以下，獲得馬氏體組織，抗拉強(qiáng)度達(dá)１３００ＭＰａ以上。淬火后必須采用專(zhuān)門(mén)的構(gòu)件精整工藝，但沒(méi)有附加的成形、切割和剪邊等設(shè)備。典型熱成形鋼的實(shí)際馬氏體點(diǎn)、臨界冷卻速率和力學(xué)性能［１２］見(jiàn)表３。

為預(yù)報(bào)和調(diào)節(jié)熱成形構(gòu)件的性能，必須深入研究熱成形工藝各環(huán)節(jié)工藝參數(shù)及其相互影響，

尤其是熱成形過(guò)程中，加熱、成形、淬火等工藝參數(shù)對(duì)鋼板奧氏體化、抗高溫氧化鍍層內(nèi)

Ｆｅ原子擴(kuò)散、奧氏體熱變形、奧氏體－馬氏體轉(zhuǎn)變以及構(gòu)件成品顯微組織和力學(xué)性能的影響。熱成形過(guò)程中２２ＭｎＢ５鋼板顯微組織和力學(xué)性能隨溫度和冷卻速率的變化見(jiàn)圖５［１２］。圖５ 

圖５ａ中，冷 軋 退 火 態(tài) 鋼 板 抗 拉 強(qiáng) 度 約 為６００ＭＰａ，伸長(zhǎng)率約為２０％，在加熱過(guò)程中其抗拉強(qiáng)度降到約２００ＭＰａ，而伸長(zhǎng)率提高至約４５％（與低碳軟鋼相似），出爐后熱沖壓成形和立即淬火，２２ＭｎＢ５構(gòu)件抗拉強(qiáng)度達(dá)１５００ＭＰａ，伸長(zhǎng)率降到約５％（與馬氏體ＭＳ相似）。

圖５ｂ中，淬火冷卻速率要求在２７Ｋ／ｓ以上，以獲得奧氏體和馬氏體復(fù)相組織。

熱成形工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是在較低的沖壓載荷條件下獲得高強(qiáng)度和高幾何精度構(gòu)件，具有優(yōu)異的抗沖撞性能，可用于Ａ柱、Ｂ柱、前后保險(xiǎn)杠、門(mén)板加強(qiáng)肋、門(mén)檻、車(chē)頂縱梁、側(cè)沖擊梁、隧道形底板等承載結(jié)構(gòu)件和抗沖撞構(gòu)件，見(jiàn)圖６［１２］。

熱成 形生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備的制造商主要有德國(guó)ＳＣＨＵＬＥＲ、瑞典ＡＰ＆Ｔ和德國(guó)ＮＥＦＦ等公司。德國(guó)大眾公司建起了６條熱沖壓成形生產(chǎn)線(xiàn)，在新車(chē)型中大量采用熱沖壓構(gòu)件，其帕薩特２００８版車(chē)型的白車(chē)身中有１９％的重量是熱成形構(gòu)件；美國(guó)福特?？怂梗玻埃保澳臧孳?chē)型中的熱成形構(gòu)件已經(jīng)占白車(chē)身重量的２６％，而瑞典沃爾沃熱成形構(gòu)件在白車(chē)身中的飽和極限比重將達(dá)到４５％。我國(guó)已經(jīng)建起的熱沖壓生產(chǎn)線(xiàn)有長(zhǎng)春ＢＥＮＴＬＥＲ、昆山ＧＥＳＴＡＭＰ、上海ＢＥＮＴＬＥＲ、上海ＣＯＳＭＡ和上海寶鋼熱沖壓零部件有限公司；武鋼研究院也建有一條熱沖壓成形的試驗(yàn)生產(chǎn)線(xiàn)。

４．３熱成形工藝中的技術(shù)關(guān)鍵

４．３．１熱成形構(gòu)件熱鍍抗高溫氧化保護(hù)層

為防止熱成形構(gòu)件表面在加熱爐的高溫氧化氣氛中生成氧化鐵皮并影響構(gòu)件成品的噴漆和涂裝，可以采用連續(xù)熱鍍鋅工藝在鋼板表面熱鍍Ａｌ－Ｓｉ抗高溫氧化保護(hù)層。這種Ａｌ－Ｓｉ涂鍍層的熔點(diǎn) 為６００℃，顯 著 低 于 鋼 板 加 熱 成 形 溫 度９５０℃。但是，在鋼板基體的鐵原子通過(guò)擴(kuò)散與涂層中的Ａｌ結(jié)合成具有較高熔點(diǎn)的Ａｌ－Ｆｅ合金，并從涂層與鋼板的界面迅速遷移進(jìn)入涂層表面，使抗氧化涂鍍層在９５０℃高溫不會(huì)熔化。板料表面抗氧化Ａｌ－Ｓｉ涂鍍層的Ｆｅ原子擴(kuò)散和Ａｌ－Ｆｅ合金化過(guò)程需要專(zhuān)門(mén)的加熱工藝曲線(xiàn)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，在奧氏體化過(guò)程中Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ抗氧化保護(hù)層的厚度應(yīng)小于４０μｍ，以保證熱成形后構(gòu)件的焊接性能。

法國(guó)阿塞洛公司在２０００年開(kāi)發(fā)出的熱成形鋼板ＵＳＩＢＯＲ１５００采用了熱鍍鋁硅合金鍍層，具有良好的抗高溫氧化性能。隨后新日鐵公司根據(jù)與阿賽洛公司的全球戰(zhàn)略聯(lián)盟合作，通過(guò)特許協(xié)議研究了ＵＳＩＢＯＲ１５００的生產(chǎn)工藝和使用性能，并在２００３年７月 發(fā) 布 了 對(duì) 熱 鍍 鋁 硅 合 金 的２２ＭｎＢ５熱成形鋼板ＵＳＩＢＯＲ１５００的試驗(yàn)研究結(jié)果，包括鋼板化學(xué)成分、熱成形前后的力學(xué)性能、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變ＣＣＴ曲線(xiàn)、冷卻速率對(duì)硬度的影響、低溫韌性、點(diǎn)焊性能、抗高溫氧化鍍層組織結(jié)構(gòu)分析和噴漆涂裝性能。

４．３．２加熱工藝

目前熱成形生產(chǎn)線(xiàn)一般采用輥底式或步進(jìn)梁式加熱爐，長(zhǎng)度約為３０～４０ｍ。熱成形購(gòu)件在９５０℃奧氏體化３ｍｉｎ后即可在淬火后獲得最大量馬氏體組織，且硬度達(dá)ＨＶ４７０。加熱工藝的調(diào)整和改進(jìn)，主要是為在最短時(shí)間內(nèi)使板料獲得均勻的溫度分布、板料基體鋼板的奧氏體化和表面抗氧化鍍層的Ａｌ－Ｆｅ合金化，以提高工藝效率、改善構(gòu)件性能、降低生產(chǎn)成本。

一般來(lái)說(shuō)，在使構(gòu)件獲得相同的馬氏體組織和最高硬度（大于ＨＶ４７０）前提下，所需保溫時(shí)間隨加熱溫度的升高而縮短，隨板料厚度的增加而延長(zhǎng)。例如，對(duì)于相同的鋼板厚度（１．７５ｍｍ），在８６０℃下保溫需要５．５ｍｉｎ，在９５０℃下保溫只需３ｍｉｎ；對(duì)于相同的奧氏體化溫度９５０℃，１ｍｍ厚鋼板需要２．２５ｍｉｎ，１．７５ｍｍ

厚鋼板需要３ｍｉｎ，而２．５０ｍｍ厚鋼板需要４ｍｉｎ［１２］。

熱成形機(jī)組還可以采用電導(dǎo)法對(duì)長(zhǎng)寬比較大的原料（例如鋼管、棒材、鋼帶等）加熱，將鋼管或板帶夾在兩個(gè)電極之間通電，利用板料的電阻發(fā)熱升溫，提高了加熱速率。但是，由于表面抗氧化鍍層的電阻高于鋼板基體電阻，使表層與基體溫度不均勻。同時(shí)，在板料長(zhǎng)度方向上和形狀復(fù)雜的板料上，也存在溫度分布不均勻的問(wèn)題。

最近在熱成形技術(shù)的開(kāi)發(fā)中，還研究了感應(yīng)加熱工藝的可能性，其熱效率是一般輥底式加熱爐的２倍以上。但是，感應(yīng)圈原件的尺寸及其與板料的間距直接影響到加熱效率，而且必須保證感應(yīng)圈與板料之間的絕緣，過(guò)小的間距可能會(huì)導(dǎo)致板料擁塞而毀掉感應(yīng)加熱系統(tǒng)。此外，具有一定初始形狀的板料，有可能在感應(yīng)加熱過(guò)程中因溫度分布不均而變形。

４．３．３熱成形

為避免加熱后的板料在沖壓成形之前冷卻，必須盡可能迅速地將板料從加熱爐內(nèi)移送至沖壓機(jī)。同時(shí)，為避免板料在沖壓成形過(guò)程中發(fā)生馬氏體相變，必須提高模具移動(dòng)和沖壓運(yùn)行速率，保證鋼板在相變開(kāi)始之前完成沖壓成形，這是成功實(shí)現(xiàn)熱成形工藝的先決條件。

在成形模具閉合后，采用６０ＭＰａ高壓熱氣體（氮?dú)饣蛘呖諝猓┳鳛榻橘|(zhì)進(jìn)行沖壓成形，可以使板料在成形過(guò)程中保持均勻的溫度分布，使構(gòu)件的成形更加均勻。在熱成形后，構(gòu)件在封閉的模具內(nèi)進(jìn)行淬火處理，通過(guò)布置在模具內(nèi)的冷卻水管進(jìn)行淬火。瑞典的Ｌｅｏｎａｒｄｏ?。校澹欤悖幔螅簦颍骞狙芯苛藷岢尚文＞吲c板料之間的摩擦及其對(duì)模具的

磨損問(wèn)題［１８］。

５汽車(chē)板深加工的材料基礎(chǔ)：系列化與均質(zhì)化

對(duì)于深加工用汽車(chē)板，鋼鐵廠家需要具備兩方面條件，一是汽車(chē)板產(chǎn)品的系列化，二是汽車(chē)板產(chǎn)品的均質(zhì)化，為深加工構(gòu)件提供所需的各種不同沖壓級(jí)別、不同強(qiáng)度級(jí)別、不同厚度規(guī)格、不同表面狀態(tài)的汽車(chē)板原材料。

５．１汽車(chē)板產(chǎn)品系列化

高等級(jí)汽車(chē)板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用主要集中在超深沖、涂鍍層和高強(qiáng)度鋼板這３類(lèi)產(chǎn)品及其系列化，同時(shí)包括超深沖級(jí)和涂鍍層（熱鍍鋅或電鍍鋅）的汽車(chē)外板。隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)在設(shè)備、工藝、技術(shù)方面的不斷進(jìn)步，這３類(lèi)汽車(chē)板產(chǎn)品從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的系列化到實(shí)際產(chǎn)品的性能質(zhì)量，已經(jīng)與國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品接軌。

例如超深沖汽車(chē)板，我國(guó)在２００８年頒布了經(jīng)過(guò)全面修訂的新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ５２１３－２００８，其覆蓋了普通強(qiáng)度冷軋鋼板的各種不同沖壓級(jí)別的系列化產(chǎn)品，從一般商用ＣＱ級(jí)（ＤＣ０１）到深沖ＤＤＱ級(jí)（ＤＣ０４），從超深沖ＳＥＤＤＱ級(jí)（ＤＣ０６）到特超深沖級(jí)ＥＳＥＤＤＱ（ＤＣ０７）。這一標(biāo)準(zhǔn)與德國(guó)ＤＩＮ?。牛巍。保埃保常埃玻埃埃丁⒚?nbsp;國(guó)ＡＳＴＭ?。粒保埃埃福玻埃埃贰⑷毡荆剩桑印。牵常保矗保玻埃埃沟葮?biāo)準(zhǔn)全面接軌。寶鋼、武鋼、鞍鋼等大型鋼鐵企業(yè)均可以按照超深沖級(jí)（ＳＥＤＤＱ）的技術(shù)指標(biāo)要求批量生產(chǎn)ＤＣ０６或ＳＰＣＦ級(jí)冷軋鋼板。

在涂鍍層鋼板方面，２００８年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ?。玻担保福玻埃埃浮哆B續(xù)熱鍍鋅鋼板及鋼帶》，不僅包括從普通商用級(jí)ＤＸ５１Ｄ到超深沖級(jí)ＤＸ５６Ｄ和特超深沖級(jí)ＤＸ５７Ｄ各沖壓級(jí)別的系列化熱鍍鋅板，基本上與德國(guó)的ＤＩＮ?。牛危保埃常玻罚玻埃埃礃?biāo)準(zhǔn)《連續(xù)熱浸鍍冷成形用低碳鋼帶和鋼板》相同，而且還包括系列強(qiáng)度級(jí)別的結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、高強(qiáng)度ＩＦ鋼、烘烤硬化鋼、雙相鋼、ＴＲＩＰ鋼和復(fù)相鋼的熱鍍鋅板。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的新版本是目前世界上品種范圍最寬最全的熱鍍鋅鋼板標(biāo)準(zhǔn)，比德國(guó)的ＤＩＮ?。牛危保埃常玻罚玻埃埃?、美 國(guó) 的ＡＳＴＭ　Ａ６５３／Ａ６５３Ｍ－２００８和日本的ＪＩＳ?。牵常常埃玻玻埃保皹?biāo)準(zhǔn)都全面。但是，目前我國(guó)熱鍍鋅汽車(chē)板，特別是高強(qiáng)度鋼和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（雙相鋼、ＴＲＩＰ鋼和復(fù)相鋼）的生產(chǎn)還存在一些性能質(zhì)量控制的技術(shù)問(wèn)題，尤其是化學(xué)成分（例如Ｓｉ含量）對(duì)鋅層粘結(jié)力的影響問(wèn)題還沒(méi)有解決。

高強(qiáng)度汽車(chē)板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為汽車(chē)輕量化提供了高性?xún)r(jià)比的材料技術(shù)支撐，正在形成以超輕鋼為基礎(chǔ)的多元化材料競(jìng)爭(zhēng)局面。世界各國(guó)３７家鋼鐵企業(yè)參加的超輕鋼車(chē)身ＵＬＳＡＢ項(xiàng)目已經(jīng)使轎車(chē)車(chē)身重量減輕了２５％，目前正在進(jìn)行的未來(lái)鋼汽 車(chē)ＦＳＶ項(xiàng) 目，將 使 轎 車(chē) 車(chē) 身 重 量 減 輕３５％。高強(qiáng)度汽車(chē)板的開(kāi)發(fā)主要集中在先進(jìn)高強(qiáng)度鋼ＡＨＳＳ

汽車(chē)板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用：

（１）第１代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，是以鐵素體為基體的復(fù)相鋼，包括雙相鋼（ＤＰ鋼）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（ＴＲＩＰ鋼）、復(fù)相鋼（ＣＰ鋼）等，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各種車(chē)型的承載結(jié)構(gòu)件和抗沖撞構(gòu)件。同時(shí)，在新一代超輕鋼轎車(chē)ＵＬＳＡＢ和未來(lái)鋼汽車(chē)ＦＳＶ的開(kāi)發(fā)中，

ＤＰ鋼和ＴＲＩＰ鋼正被用于多種構(gòu)件的制作。在２０１１年試制的ＦＳＶ樣板車(chē)型中，各種高強(qiáng)度鋼用量占車(chē)身總重的９７％，而ＤＰ鋼和ＴＲＩＰ鋼用量達(dá)到了６４．８％。其中，

ＤＰ５００～ＤＰ１０００占３１．３％，ＴＲＩＰ９８０占９．５％，ＣＰ１０００占

９．３％，熱成形鋼ＨＦ１５００占１１．１％，ＴＷＩＰ９８０占２．３％，ＭＳ１２００占１．３％。到２０１２年，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼ＡＨＳＳ將取代４５％的傳統(tǒng)深沖鋼和高強(qiáng)

度低合金ＨＳＬＡ鋼制作汽車(chē)構(gòu)件。

（２）第３代先進(jìn)高強(qiáng)度鋼ＡＨＳＳ，是以馬氏體為基體并含有相當(dāng)比例奧氏體的系列化高強(qiáng)塑性鋼，主要采用淬火－碳分配Ｑ－Ｐ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ－Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）工 藝 生 產(chǎn)。其 抗 拉 強(qiáng) 度 可 以 達(dá) 到７００～１３００ＭＰａ，總伸長(zhǎng)率保持在１５％～６０％，而合金化成本顯著低于第２代高錳ＴＷＩＰ鋼和高鎳鉻奧氏體不銹鋼。自２００６年１０月美國(guó)Ｍａｔ－ｌｏｃｋ教授提出以Ｑ－Ｐ工藝為核心技術(shù)的第３代

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼概念以來(lái)，引起世界各國(guó)的關(guān)注，并使第３代ＡＨＳＳ鋼成為近年來(lái)全球汽車(chē)鋼的研

究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)［１９］。

５．２汽車(chē)板產(chǎn)品的均質(zhì)化

汽車(chē)制造廠家大多采用連續(xù)沖壓機(jī)組和車(chē)體組裝流水線(xiàn)，為了保證每一汽車(chē)構(gòu)件和每輛汽車(chē)幾何精度和性能質(zhì)量的穩(wěn)定可靠，要求任何牌號(hào)的汽車(chē)板必須保證其各項(xiàng)性能質(zhì)量參數(shù)（包括幾何精度、力學(xué)性能、表面質(zhì)量等）在每一帶卷的長(zhǎng)度和寬度方向上均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、一致。這對(duì)于汽車(chē)板來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)非常重要的考核指標(biāo)，稱(chēng)為實(shí)際產(chǎn)品性能質(zhì)量的均質(zhì)性。各國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有對(duì)這個(gè)考核指標(biāo)作任何文字說(shuō)明，但是對(duì)于任何鋼鐵廠家，其產(chǎn)品要得到汽車(chē)制造企業(yè)的認(rèn)可并獲得實(shí)際應(yīng)用，均質(zhì)性是非常關(guān)鍵的綜合性考核指標(biāo)。

早在１９８５年歐洲汽車(chē)制造業(yè)與鋼鐵行業(yè)３年合作調(diào)查與試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)提高冷軋汽車(chē)板性能質(zhì)量的均質(zhì)性的技術(shù)關(guān)鍵，得到了明確的結(jié)論，即“冷軋汽車(chē)板的均質(zhì)性取決于熱軋帶卷原料的均質(zhì)性，包括力學(xué)性能和表面質(zhì)量”。隨后在對(duì)板凸度的大量試驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)冷軋帶鋼的比例凸度實(shí)際上完全取決于熱軋帶鋼原料的比例凸度，亦即一旦熱軋帶鋼的比例凸度不符合要求，冷軋工藝是無(wú)法改變熱軋帶鋼已有的比例凸度的。因此，要提高冷軋帶鋼汽車(chē)板的均質(zhì)性，關(guān)鍵是提高熱軋帶鋼原料的均質(zhì)性，包括化學(xué)成分、力學(xué)性能、表面質(zhì)量和幾何精度。

對(duì)于高等級(jí)汽車(chē)板，特別是冷軋汽車(chē)外板和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼ＡＨＳＳ汽車(chē)板，提高其實(shí)際產(chǎn)品性能質(zhì)量的均質(zhì)性，不僅是滿(mǎn)足汽車(chē)業(yè)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，而且是對(duì)鋼鐵企業(yè)整體流程、設(shè)備、工藝、技術(shù)、管理、操作等綜合實(shí)力與競(jìng)爭(zhēng)能力的考核，是對(duì)鋼鐵企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)。

在我國(guó)，以寶鋼為代表的大型鋼鐵企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)絕大部分高等級(jí)汽車(chē)板產(chǎn)品，并且在汽車(chē)板產(chǎn)品的均質(zhì)性與汽車(chē)板深加工技術(shù)方面也達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。然而，對(duì)于大多數(shù)汽車(chē)板生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，目前仍然面臨著大幅度提高產(chǎn)品均質(zhì)性的問(wèn)題，并且亟需在此基礎(chǔ)上，開(kāi)拓和應(yīng)用汽車(chē)板的深加工技術(shù)，盡快改變初始原材料供應(yīng)商的地位，不僅為汽車(chē)制造廠家提供多品種高等級(jí)汽車(chē)板原材料，而且通過(guò)早期介入新車(chē)型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，為汽車(chē)制造廠家提供各種構(gòu)件的初級(jí)加工板料（例如激光拼焊板）、半成品構(gòu)件、成品構(gòu)件（液壓成形構(gòu)件、熱成形構(gòu)件）等，逐步發(fā)展成為汽車(chē)制造業(yè)可靠的合作伙伴［２０］。

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［１９］  李光瀛，周積智．高等級(jí)汽車(chē)板的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［Ｊ］．鋼鐵研究學(xué)報(bào)，２０１２，２４（增刊１）：１－１０．

［２０］  徐樂(lè)江．轉(zhuǎn)變運(yùn)營(yíng)模式迎接市場(chǎng)挑戰(zhàn)［Ａ］．第８屆鋼鐵年會(huì)大會(huì)報(bào)告［Ｃ］．北京：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，２０１１．