第二代铝硅镀层热成形钢及轻量化应用车讯

核心提示：安赛乐米塔尔第三代冷成型高强度钢Fortiform采用淬火配方生产工艺，兼具高强度和高延伸率，可代替普通DP钢带来10%以上的轻量化效果。

安赛乐米塔尔1999年开始开发镀铝硅热成型钢，20多年来在镀铝热成型钢这一轻量化材料领域不断探索。近两年，在“双碳”目标驱动下，轻量化材料得到了进一步开发和应用，其中华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司（VAMA）生产的最新产品第二代铝硅镀层热成型钢在商业应用上取得了很大进展。

2022年8月24日，在由盖世汽车主办的2022第2届中国车身大会上，VAMASynia客户技术支持工程师李久茂以“第2代镀铝热成型钢产品及应用介绍”为主题进行了演讲。以下是演讲内容的整理：

VAMASynia客户技术支持工程师李久茂

镀铝硅热成型钢的发展历程

19世纪90年代末，发明了一种镀铝硅热成型钢。与其他热成型硼钢，特别是裸板相比，镀铝硅热成型钢的生产过程不需要在加热炉中加入任何保护气体，热成型后的零件表面不与氧化膜形成脱碳，省去后续的研磨处理工序，也最适合高温加热压制技术。2006年，第一代热成型钢制品Usibor1500实现了全球首个商用，主要应用于欧系汽车企业。得益于其超高强度、优异的机械性能和简化的热成型生产工艺，镀铝硅热成型钢特别适合车身上的结构件和加强件，随后在欧洲和北美汽车市场实现了大规模应用，全球使用量2011年达到50万吨。2012年，中国成为全球最大的汽车市场，镀铝硅热成型钢全球用量迎来爆炸式增长，2018年达到300万吨左右的水平。

图像源：VAMA

自2018年以来，大部分汽车新兴市场在镀铝热成型钢的用量上呈现稳定的向上增长趋势。在与用户的沟通与合作过程中，记者发现，无论是外资品牌，还是国内自主品牌，高端模式，还是中低端模式，镀铝热成型钢的应用，与之前相比都有了非常迅速的提升。随着新能源汽车的快速发展，镀铝硅层热成型钢的轻量化潜力和节能减排优势也越来越突出。有理由相信铝硅镀层热成形钢的前景会进一步扩大。

为了应对市场的强烈需求，安赛乐米塔尔在全球范围内，包括国内在内的合资公司VAMA进行了产能的配置和扩张。截至2017年，全球共投入10条生产线进行镀铝热成型钢本地化生产，与2012年相比，5年内实现产能倍增。

近年来，汽车朝着更轻量化、更安全、更环保的趋势发展，安赛乐米塔尔对第一代镀铝热成型钢的成功并不满意。为了给快速发展的汽车行业带来更具竞争力的产品，10年前安赛乐米塔尔开始着手研发新一代镀铝硅热成型钢。通过尝试不同的技术路径，结合不同地区的生产线特点，安赛乐米塔尔在欧洲和北美的研发中心进行联动开发，并率先在欧洲和北美的工厂实现工业化试制生产并将成功经验和成熟方案引入中国合资企业VAMA进行国产化。

新一代产品进一步提高了产品的性能，特别表现在车身的轻量化和安全性能上。同时，能很好地匹配现有成熟的热压工艺和生产线，使用户快速实现新产品的应用。

新一代镀铝硅热成形钢Ductibor1000、Usibor2000

安赛乐米塔尔镀铝硅热成形钢分为能量吸收区域用的软部材料Ductibor系列和防止侵入用的硬部材料Usibor系列两个系列。下图为两代产品的性能差异，能直观反映产品的进化特点，横坐标为材料的抗拉强度，纵坐标反映材料冲击韧性的弯曲角。

图像源：VAMA

如图所示，Ductibor系列从第一代Ductibor500演化为第二代Ductibor1000后，其冲击韧性虽有一定下降，但仍保持在非常高的水平，同时材料强度提高了一倍。因此，如果将下一代产品替代用于Ductibor500，则可带来25%以上的减量潜力。Usibor系列从第一代Usibor1500进化到下一代Usibor2000，碰撞韧性小幅下降，但其强度提高了约500MPa，即使进行替代化使用也能带来10%的轻量化效果。

安赛乐米塔尔在进行Usibor2000开发的过程中，尝试了多种化学成分体系，综合考虑了材料的应用特性，最终我们决定保留现有的化学成分体系：高碳、低锰、合金元素含量较高的一个体系。热压烧成后，Usibor2000的屈服强度可以达到1400MPa以上，抗压强度可以达到1800MPa以上，伸长率可以达到40度以上。VAMA2019年实现Usibor2000工业化生产，2020年开始批量生产。

图像源：VAMA

我们知道，当材料特别是电镀材料的强度上升到2000MPa水平时，其应用特性（焊接、抗氢脆等）将受到严峻的挑战。我们在材料开发阶段对这些应用特性进行了深入研究和平衡。以下左图为Usibor2000冲击韧性的评价，我们用弯曲实验评价了Usibor2000热压后烘烤前后弯曲角变化的情况。其结果是，材料在烘烤前为约45度的水平，但在烘烤后能够提高到50度左右的水平，由此Usibor2000材料能够满足零件使用的要求。

图像源：VAMA

同时，对Usibor2000的氢脆抗性也进行了非常深入的研究。采用四点弯曲方法评价了材料基体中氢含量对氢脆风险的影响。上图研究结果表明，材料基体中自由氢小于0.5ppm时，Usibor2000氢脆风险得到很好的控制，国内热压厂也具备相应的控制条件。

Ductibor系列是一款应用于软区的产品，其强度也达到了1000MPa的水平，兼具优异的韧性。Ductibor1000除了可以通过激光焊接与Usibor系列材料组合使用外，还可以单独冲压成零件使用。热压烧成后的屈服强度可以达到800MPa以上，拉伸强度可以达到1000MPa以上，弯曲角可以达到80度以上。VAMA2018年实现Ductibor1000本地化生产，2019年开始量产。

图像源：VAMA

从下图左侧的拉伸曲线图看，Ductibor1000材料的断裂伸长率与Usibor1500相差不大，但从右Ω实心零件的三点弯曲实验看，Usibor1500的零件被压下90mm，发生比较严重的断裂，而DAKUTIBO1000的材料被压下120mm，未发生裂纹。该实验结果充分表明Ductibor1000的材料具有高韧性的优点。

图像源：VAMA

同时由于Ductibor1000强度处于1000MPa水平，几乎不存在焊接和氢脆风险，国产化后大量应用，目前一年供应量达到四五万吨水平。

S-in motion整车级轻量化钢材解决方案

不仅是材料供应商，也是解决方案提供者。除了新材料的开发之外，在材料解决方案的开发方面也领先于业界。为了不断适应汽车行业的发展趋势，安赛乐米塔尔致力于研发具有竞争力的汽车钢材解决方案，自2010年推出首款S-in motion B级车整车级钢材解决方案以来，几乎每年都推出不同车型的整车级钢材解决方案。随着近两年新能源汽车的快速发展，包括插电式混合动力、纯电动在内的新能源汽车整车级钢材解决方案如火如荼地推出。此外，还提供钢制电池组、悬挂等核心组件级钢材解决方案，可为用户提供更多的定制服务。

图像源：VAMA

2020年初，推出了S-in motion纯电动SUV整车级钢材解决方案，安赛乐米塔尔通过大量应用先进的高强度钢及激光焊接技术，车身在轻量化和安全性能两方面达到极致。其中，高强度钢在车身上的应用达到63%，镀铝热成型钢的应用达到33%，特别是第二代镀铝热成型钢的应用比例也达到24%，这也为新能源汽车车身设计及选材策略提供了很好的示范。

图像源：VAMA

最后，介绍VAMA二期项目。为了将先进的产品和技术持续带入中国汽车市场，“VAMA”从成立之初就计划进行二期工程。随着VAMA的增长，2021年第二期项目开工建设，预计今年第四季度投产，可为VAMA电镀产品生产带来45万吨产能提升，产品厚度也可进一步扩大至3.2毫米。新线并行生产三种不同的电镀产品，包括刚才重点介绍的第二代镀铝热成型钢Usibor2000和Ductibor1000，以及镀锌铝镁产品Zagnelis和第三代冷成型高强度钢Fortiform。

图像源：VAMA

与传统的镀锌产品相比，镀锌铝镁层可显著提高材料的耐蚀性，同时在一定程度上提高材料的冲压成形性和稳定性，从而提高零件制造的效率。国内使用锌铝镁代替镀锌的行业趋势也很明显。

对此，开发了两种不同成分的镀锌铝镁产品，一种是铝镁含量较高的镀层，一种是含量较低的镀层。其中，铝镁含量比较低的镀层可以进一步扩大对外板部件的应用。VAMA二期项目投产后，可将镀锌铝镁产品Zagnelis国产化，为国内用户提供更多的电镀选择。

图像源：VAMA

安赛乐米塔尔第三代冷成型高强度钢Fortiform采用淬火配方生产工艺，其显著特点是：兼具高强度和高伸长率，用其代替传统的DP钢，可带来10%以上的轻量化效果。目前安赛乐米塔尔实现了Fortiform980、Fortiform1050、Fortiform1180三个不同品牌的批量生产，VAMA第二期也将进行Fortiform的国产化生产。

图像源：VAMA

（以上内容来自于VAMASynia客户技术支持工程师李久茂于2022年8月24日盖世汽车主办的盖世汽车2022第二届中国车身大会上发表的“第二代镀铝热成型钢性能与轻量化应用”主题演讲。）