干货|2000兆帕不怕开裂 Usibor®的秘诀是什么？

汽车行业飞速发展，对车用材料强度的追求持续向上。从1000兆帕到1500兆帕，再到2000兆帕，高强钢特别是热成形钢的强度不断突破。然而，材料的强度等级越高，零件在加工过程中的潜在氢脆及延迟开裂的风险越高，这也成为汽车制造行业的一大难点。那么，强度等级最高达到2000兆帕的铝硅镀层热成形钢Usibor®不怕开裂的秘诀又是什么呢？

车身设计首选之材

铝硅镀层热成形钢Usibor®自面世以来便受到汽车设计师的推崇，成为车身结构设计的首选。新一代铝硅镀层热成形钢Usibor®2000强度高达2000兆帕，尤其适用于车身的防侵入零件；与之配套激光拼焊使用的热成形钢Ductibor®1000极具延展性，且抗拉强度达到1000兆帕以上，可在高强度和高韧性之间达到完美的平衡，适用于发生碰撞时需要吸能的部件。

通过Usibor®2000的超高强度来设计更强更轻的零件，汽车设计师可去除常规设计中的某些加强件，从而减少零件总数；通过Ductibor®1000来设计“软区”使得车辆在碰撞性能中的表现更为出色；通过激光拼焊技术，可将不同牌号、不同厚度的Usibor®和Ductibor®结合起来设计成特定的强度和韧性要求，让车身关键部位在实现更安全碰撞性能的同时达到减重的效果。另外，通过热成形加工工艺，Usibor®2000和Ductibor®1000很容易被加工成具有高度复杂的几何形状，且冲压出的零件具有更出色的精度。凭借这样丰富的设计自由度，汽车设计师可以进行更具创意、更安全、更轻量化车身结构设计。

一项关于中型轿车白车身的研究表明，将Usibor®2000和Ductibor®1000用于被动安全结构件可大幅降低白车身重量。与采用强度1000兆帕的标准先进高强钢的基准白车身相比，可在维持同等碰撞性能的基础上减重30%，与大量使用第一代热成形钢Usibor®1500和Ductibor®500的白车身相比减重10%。

配套精准的热成形工艺

Usibor®2000和Ductibor®1000适用于直接热成形工艺，这种工艺生产过程简单、成本效益高，生产出来的零件强度高、成型精度好，无回弹。通过安赛乐米塔尔专利加热工艺窗口加工，可有效降低热成形钢的氢致延迟断裂敏感性，同时焊接性和耐腐蚀性也得到提升，使冲压时实现灵活、高效、经济生产成为可能。

目前，Usibor®2000和Ductibor®1000已在多款车型上实现本土化应用，合规使用铝硅镀层热成形钢和热成形技术可以带来高性能的产品，提升整车品质。针对冲压时最为关心的铝硅镀层热成形钢的特性及冲压性能等热成形工艺问题，我们邀请了安赛乐米塔尔和VAMA的技术专家来为大家进行解答。

Q1：热成形材料在冲压成型过程中容易出现哪些问题？

要实现热成形材料在零部件上的批量生产并最终得到满足主机厂技术规范要求的各项性能，冲压时必须根据零件的实际情况制定相应的热成形工艺窗口。如果加热工艺窗口不当，比如加热的时间过长或过短，温度过高或过低，都将引起生产出来的零件后续无法满足主机厂对于机械性能、焊接性能、涂装性能等一系列要求。更进一步来说，如果工艺窗口不适当，还将带来氢脆、延迟开裂等风险。

Q2：针对氢脆和延迟开裂的问题，发生的原因是什么？冲压过程应该注意些什么？

氢脆的发生需要特定的条件即材料自身超高强度、游离态氢含量和内外应力。由于铝硅镀层热成形钢板在加热过程中，加热炉空气中的水份受热分解所形成的游离态氢原子会渗透到钢材基板中同时被铝硅涂层束缚，从而加剧材料的氢脆风险；其次，热成形钢在冲压之后零件本身具备非常高的强度和一定的内应力，从而使得氢脆的系统性风险进一步提高。

另外，我们说到材料的强度越高，氢脆的风险性也随之增加。在对热成形钢尤其是第二代热成形钢Usibor®2000进行冲压的时候，为了有效降低氢脆的系统性风险，我们建议客户严格按照安赛乐米塔尔规定的工艺窗口进行加热，并对炉内的露点进行监控。根据安赛乐米塔尔的经验，炉内的露点一般要控制在-5℃以下。安赛乐米塔尔和VAMA大量的实验数据证明，由此条件下生产的Usibor®2000零件其氢脆风险可以有效控制在非常低的水平。

Q3：铝硅镀层在热冲压及后续加工工序中有什么作用？

与其它热成形硼钢尤其是裸板相比较，铝硅镀层热成形钢非常适合高温加热冲压工艺，零件的抗腐蚀性能能有一个质的提升。另外，铝硅镀层热成形钢相对于裸板而言热成形工艺更加便捷，在加热炉中无需加入任何保护气体，热成形后的零件表面不会形成氧化皮和脱碳，后续也省去了抛丸处理工序，零件的机械性能和最终尺寸也能得到有效保障。

Q4：针对复杂热成形零件冲压后的回弹问题，安赛乐米塔尔在冲压成型工艺设计上有什么独门诀窍？

相较于冷成型高强钢而言，热成形零件的回弹问题已经能够得到有效解决。针对特别复杂的热成形零件，可以通过分析成型性能和回弹量来做好回弹补偿设计，安赛乐米塔尔中国EVI团队可以提供专业、定制化的回弹补偿解决方案来帮助客户在开模阶段攻克这一难题。

Q5：在热成形加工过程中，有哪些方法可以更好的实现Usibor®2000的设计性能？

在Usibor®2000进行产品开发时，我们的设计思路就是它能够完全与第一代铝硅镀层热成形钢Usibor®1500的热成形生产线相兼容，冲压时无需进行额外的产线升级和调整压机吨位。

在热成形加工工艺中需要注意以下三点：首先，要对加热炉内的露点进行监控；第二，采用模具冷却，而不能直接水冷；第三，零件切割必须用激光切割的方式，而不能采用机械切割。

Q6：在传统的认知中，强度与韧性往往成反比，强度级别高达2000兆帕的Usibor®2000是如何实现两者兼顾的？

安赛乐米塔尔在进行Usibor®2000化学成分和超微晶组织开发设计时就已经充分考虑到这个矛盾点，因而在设计时使用了特定的技术诀窍，并充分利用了主机厂的油漆烘烤工艺过程，用以保证Usibor®2000强度和韧性的平衡。

即使Usibor®2000在强度上相对于第一代钢种Usibor®1500有大幅提升，但是通过机械性能分析，Usibor®1500的冷弯角度大于50°，而Usibor®2000则大于45°，在韧性方面并没有明显的损失。

Q7：先进高强钢应用在白车身上已经成为行业发展现状，Usibor®2000在白车身的应用中有哪些不可替代性呢？

热成形材料Usibor®2000能够在主机厂大规模的使用有其必然性：在目前汽车热成形用钢品类中，Usibor®2000的强度级别最高，这意味着它能带来无与伦比的轻量化效果。当前市场上能够大批量商业化生产并得到绝大部分客户认可的材料也只有安赛乐米塔尔和VAMA的Usibor®2000。

针对热成形钢，安赛乐米塔尔积累了30多年的技术经验，可以给使用Usibor®系列产品的客户提供全方位的技术支持，并协助解决加工工艺中出现的疑难问题。

安赛乐米塔尔和VAMA也将持续对新一代热成形钢的基层和镀层进行研发，以进一步发掘热成形钢轻量化潜能，同时提升安全碰撞性能、防锈蚀性能和工艺效率，为车身设计优化创造更大的空间。