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    第二代鋁硅鍍層熱成形鋼及輕量化應用

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    時間:1900/1/1 0:00:00

    安賽樂米塔爾從1999年開始開發鋁硅涂層熱成型鋼,并在這一輕質材料領域探索了20多年。近兩年來,在“雙碳”目標的驅動下,輕量化材料得到了進一步的開發和應用,其中最新產品——呂林燕安賽樂米塔爾汽車板有限公司(VAMA)生產的第二代鋁硅涂層熱成型鋼,在商業應用方面取得了很大進展。

    2022年8月24日,VAMA高級客戶技術支持工程師李久茂在2022第二屆中國車身大會上發表了主題為“第二代鋁硅涂層熱成型鋼產品及應用介紹”的演講。以下是發言摘要:

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    VAMA高級客戶技術支持工程師李久茂

    鋁硅涂層熱成型鋼的發展歷程

    19世紀90年代末,安賽樂米塔爾發明了鋁硅涂層熱成型鋼。與其他熱成型硼鋼尤其是裸板相比,熱成型鋁硅涂層鋼的生產過程不需要在加熱爐中加入任何保護氣體,熱成型零件表面不會形成氧化皮和脫碳,省去了后續的拋丸工藝,也非常適合高溫加熱沖壓工藝。2006年,第一代熱成型鋼材Usibor 1500在全球首次實現商業化,主要用于歐洲車企。由于其超高的強度、優異的力學性能和簡化的熱成型生產工藝,鋁硅涂層熱成型鋼特別適用于車身上的結構件和加強件,隨后在歐洲和北美汽車市場得到廣泛應用,2011年全球消費量達到50萬噸。2012年,中國成為全球最大的汽車市場,全球鋁硅涂層熱成型鋼消費量迎來爆發式增長,2018年達到約300萬噸的水平。

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    圖片來源:VAMA

    2018年后,鋁硅涂層熱成型鋼在大多數新興汽車市場的使用量呈穩步上升趨勢。在與用戶交流合作的過程中,我們有一個明顯的感受,無論是國外品牌還是國內自主品牌,無論是高端機型還是低端機型,鋁硅涂層熱成型鋼的應用都比以前提升的非常快。隨著新能源汽車的快速發展,鋁硅涂層熱成型鋼的輕量化潛力和節能減排優勢越來越突出。我們有理由相信,鋁硅涂層熱成型鋼將有更廣闊的發展前景。

    為了滿足強勁的市場需求,安賽樂米塔爾在全球范圍內進行產能布局和擴張,包括在中國的合資公司VAMA。到2017年,全球共投入10條生產線生產鋁硅涂層熱成型鋼,5年間產能比2012年翻了一番。

    近年來,汽車正朝著更輕、更安全、更環保的方向發展。安賽樂米塔爾對第一代鋁硅涂層熱成型鋼的成功并不滿意。為了給快速發展的汽車工業帶來更具競爭力的產品,安賽樂米塔爾早在十年前就開始研發新一代鋁硅涂層熱成型鋼。安賽樂米塔爾通過嘗試不同的技術路徑,結合不同地區生產線的特點,在歐洲和北美的R&D中心進行聯合開發,率先在歐洲和北美的工廠實現工業化試生產,并將成功的經驗和成熟的解決方案輸入到中國的合資公司VAMA進行國產化。

    新一代產品進一步提升了產品的性能,尤其是在車身輕量化和安全性能方面。同時也很好的匹配了現有成熟的燙印工藝和生產線,讓用戶快速實現新產品的應用。

    新一代鋁硅涂層熱成型鋼,Ductibor 1000和Usibor 2000。

    安賽樂米塔爾鋁硅涂層熱成型鋼可分為兩個系列:用于能量吸收區的軟區材料Ductibor系列和用于侵入區的硬區材料Usibor系列……你好。下圖是兩代產品的性能差異,可以直接反映出產品的進化特征。橫坐標是材料的抗拉強度,縱坐標反映材料沖擊韌性的彎曲角度。

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    圖片來源:VAMA

    從圖中可以看出,從第一代的Ductibor 500進化到第二代的Ductibor 1000后,Ductibor系列的沖擊韌性有一定程度的下降,但仍然保持了很高的水平,同時材料的強度也提高了一倍。所以,如果用新一代產品代替新一代產品,可以帶來25%以上的減肥潛力。U SIBOR系列從第一代U SIBOR 1500發展到新一代U SIBOR 2000。沖擊韌性略有下降,但強度提高了約500MPa。替代也能帶來10%左右的輕量化效果。

    在Usibor 2000的開發過程中,安賽樂米塔爾嘗試了多種化學成分體系,綜合考慮了材料的應用特點。最后,我們決定保留現有的化學成分體系:高碳含量、低錳含量和高合金元素含量。Usibor 2000經過燙印和烘烤后,屈服強度、抗壓強度和延伸率分別可達1400MPa、1800MPa和40度以上。VAMA在2019年實現了Usibor 2000的工業化生產,并在2020年開始批量供應。

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    圖片來源:VAMA

    我們知道,當材料尤其是涂層材料的強度提高到2000MPa時,其應用特性(如焊接性和抗氫脆性能)將受到嚴峻挑戰。在材料開發階段,我們對這些應用特性進行了深入的研究,并做了很好的平衡。下圖左圖為USIBOR 2000沖擊韌性的評價。我們使用彎曲實驗來評估USIBOR 2000在熱沖壓后和烘烤前后彎曲角度的變化。結果表明,材料在烘烤前為45度左右,烘烤后可以提高到50度左右,這也使得Usibor 2000材料滿足零件使用要求。

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    圖片來源:VAMA

    同時,對Usibor 2000的抗氫脆性能也進行了深入的研究。用四點彎曲法評估了材料基體中氫含量對氫脆風險的影響。上圖右側的研究結果表明,當材料基體中的游離氫小于0.5ppm時,Usibor 2000的氫脆風險可以得到很好的控制,國內熱沖壓廠也具備相應的控制條件。

    塑料系列雖然是用于軟區的產品,但是強度已經達到了1000MPa的水平,同時還具有優異的韌性。除了通過激光拼焊與U SIBOR系列材料結合使用,Ductibor 1000還可以單獨沖壓成零件使用。經過燙印和烘烤,屈服強度可達800MPa以上,抗拉強度可提高到1000MPa以上,彎曲角度可達80度以上。2018年,VAMA實現了機器人1000的國產化生產,2019年開始量產。

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    圖片來源:VAMA

    從下圖左邊的拉伸曲線可以看出,塑料1000材料的斷裂伸長率與U SIBOR 1500相差不大,但從右邊的ω實心件三點彎曲實驗可以看出,U SIBOR 1500的零件被壓下了90 mm,導致開裂嚴重;然而,塑料1000材料被壓下120 mm而沒有任何破裂。實驗結果表明,塑料1000材料具有高韌性的優點。

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    圖片來源:VAMA

    同時,由于塑料1000的強度處于1000MPa的水平,基本沒有焊接和氫脆的風險,國產化后已經大量應用。目前年供應量達到4-5萬噸的水平。

    S-in Motion汽車級輕鋼解決方案

    VAMA不僅是材料供應商,也是解決方案提供商。除了新材料的開發,我們在材料解決方案的研發方面也處于領先水平。為了不斷適應汽車行業的發展趨勢,安賽樂米塔爾一直致力于開發具有競爭力的汽車用鋼解決方案。自2010年首款S-in Motion B級車級鋼方案推出以來,幾乎每年都會推出不同的車級鋼方案。隨著近兩年新能源汽車的快速發展,我們推出了新能源汽車的整車級鋼鐵解決方案,包括插電式混動和純電動。此外,我們還推出了一系列核心的總成級鋼鐵解決方案,如鋼鐵電池組、懸掛等,可以為用戶提供更多的定制化服務。

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    圖片來源:VAMA

    2020年初,我們推出了S-In Motion純電動SUV的鋼鐵解決方案。通過大量應用安賽樂米塔爾先進的高強度鋼和激光拼焊技術,車身無論是輕量化還是安全性能都達到了極致。其中,高強度鋼在車身上的應用達到63%,鋁硅涂層熱成型鋼的應用達到33%,尤其是第二代鋁硅涂層熱成型鋼的應用比例達到24%,這也為新能源汽車的車身設計和選材策略提供了很好的示范。

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    圖片來源:VAMA

    最后,讓我給你介紹一下VAMA二期。為了不斷將先進的產品和技術引入中國汽車市場,VAMA自成立以來就規劃了二期項目。隨著VAMA的不斷壯大,二期項目于2021年開工建設,計劃于今年第四季度投產,可增加VAMA涂料產品產能45萬噸,產品厚度進一步擴大至3.2 mm..新生產線將平行生產三種不同的涂層產品,包括第二代鋁硅涂層熱成型鋼Usibor 2000和Ductibor 1000,以及鋅鋁鎂涂層產品Zagnelis和第三代冷成型高強度鋼Fortiform。

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    圖片來源:VAMA

    與常規鍍鋅產品相比,鋅鋁鎂鍍層可以顯著提高材料的耐腐蝕性能,也在一定程度上提高材料的沖壓成形性和穩定性,從而提高零件制造效率。在國內,以鋅鋁鎂代替鍍鋅的行業趨勢越來越明顯。

    對此,安賽樂米塔爾開發了兩種不同成分的鋅鋁鎂涂層,一種鋁鎂含量相對較高,另一種鋁鎂含量相對較低。其中,鋁和鎂含量相對較低的涂料可以進一步擴展應用于外板。VAMA項目二期投產后,鋅鋁鎂涂層產品Zagnelis將實現國產化,為國內用戶提供更多的涂層選擇。

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    圖片來源:VAMA

    Fortiform是安賽樂米塔爾第三代冷彎高強鋼,采用淬火配送的生產工藝,特點是高強度、高延伸率。用它代替常規DP鋼可以帶來10%以上的輕量化效果。目前,安賽樂米塔爾已經實現了Fortiform 980、Fortiform 1050和Fortiform 1180三個不同品牌的量產,VAMA二期也將生產用于……國內形式。

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    圖片來源:VAMA

    (以上內容來自2022年8月24日由Gaspar主辦的Gaspar 2022第二屆中國車身大會上,VAMA高級客戶技術支持工程師李久茂發表的《第二代鋁硅涂層熱成型鋼的性能與輕量化應用》主題演講。)安賽樂米塔爾從1999年開始研發鋁硅涂層熱成型鋼,20多年來一直在探索這一輕質材料領域。近兩年來,在“雙碳”目標的驅動下,輕量化材料得到了進一步的開發和應用,其中最新產品——呂林燕安賽樂米塔爾汽車板有限公司(VAMA)生產的第二代鋁硅涂層熱成型鋼,在商業應用方面取得了很大進展。

    2022年8月24日,VAMA高級客戶技術支持工程師李久茂在2022第二屆中國車身大會上發表了主題為“第二代鋁硅涂層熱成型鋼產品及應用介紹”的演講。以下是發言摘要:

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    VAMA高級客戶技術支持工程師李久茂

    鋁硅涂層熱成型鋼的發展歷程

    19世紀90年代末,安賽樂米塔爾發明了鋁硅涂層熱成型鋼。與其他熱成型硼鋼尤其是裸板相比,熱成型鋁硅涂層鋼的生產過程不需要在加熱爐中加入任何保護氣體,熱成型零件表面不會形成氧化皮和脫碳,省去了后續的拋丸工藝,也非常適合高溫加熱沖壓工藝。2006年,第一代熱成型鋼材Usibor 1500在全球首次實現商業化,主要用于歐洲車企。由于其超高的強度、優異的力學性能和簡化的熱成型生產工藝,鋁硅涂層熱成型鋼特別適用于車身上的結構件和加強件,隨后在歐洲和北美汽車市場得到廣泛應用,2011年全球消費量達到50萬噸。2012年,中國成為全球最大的汽車市場,全球鋁硅涂層熱成型鋼消費量迎來爆發式增長,2018年達到約300萬噸的水平。

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    圖片來源:VAMA

    2018年后,鋁硅涂層熱成型鋼在大多數新興汽車市場的使用量呈穩步上升趨勢。在與用戶交流合作的過程中,我們有一個明顯的感受,無論是國外品牌還是國內自主品牌,無論是高端機型還是低端機型,鋁硅涂層熱成型鋼的應用都比以前提升的非常快。隨著新能源汽車的快速發展,鋁硅涂層熱成型鋼的輕量化潛力和節能減排優勢越來越突出。我們有理由相信,鋁硅涂層熱成型鋼將有更廣闊的發展前景。

    為了滿足強勁的市場需求,安賽樂米塔爾在全球范圍內進行產能布局和擴張,包括在中國的合資公司VAMA。到2017年,全球共投入10條生產線生產鋁硅涂層熱成型鋼,5年間產能比2012年翻了一番。

    近年來,汽車正朝著更輕、更安全、更環保的方向發展。安賽樂米塔爾對第一代鋁硅涂層熱成型鋼的成功并不滿意。為了給快速發展的汽車工業帶來更具競爭力的產品,安賽樂米塔爾早在十年前就開始研發新一代鋁硅涂層熱成型鋼。安賽樂米塔爾通過嘗試不同的技術路徑,結合不同地區生產線的特點,在歐洲和北美的R&D中心進行聯合開發,率先在歐洲和北美的工廠實現工業化試生產,并將成功的經驗和成熟的解決方案輸入到中國的合資公司VAMA進行國產化。

    新一代產品進一步提升了產品的性能,尤其是在車身輕量化和安全性能方面。在……me time還很好的匹配了現有成熟的燙印工藝和生產線,讓用戶快速實現新產品的應用。

    新一代鋁硅涂層熱成型鋼,Ductibor 1000和Usibor 2000。

    安賽樂米塔爾鋁硅涂層熱成型鋼可分為兩個系列:用于能量吸收區域的軟區材料Ductibor系列和用于抗侵入的硬區材料Usibor系列。下圖是兩代產品的性能差異,可以直接反映出產品的進化特征。橫坐標是材料的抗拉強度,縱坐標反映材料沖擊韌性的彎曲角度。

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    圖片來源:VAMA

    從圖中可以看出,從第一代的Ductibor 500進化到第二代的Ductibor 1000后,Ductibor系列的沖擊韌性有一定程度的下降,但仍然保持了很高的水平,同時材料的強度也提高了一倍。所以,如果用新一代產品代替新一代產品,可以帶來25%以上的減肥潛力。U SIBOR系列從第一代U SIBOR 1500發展到新一代U SIBOR 2000。沖擊韌性略有下降,但強度提高了約500MPa。替代也能帶來10%左右的輕量化效果。

    在Usibor 2000的開發過程中,安賽樂米塔爾嘗試了多種化學成分體系,綜合考慮了材料的應用特點。最后,我們決定保留現有的化學成分體系:高碳含量、低錳含量和高合金元素含量。Usibor 2000經過燙印和烘烤后,屈服強度、抗壓強度和延伸率分別可達1400MPa、1800MPa和40度以上。VAMA在2019年實現了Usibor 2000的工業化生產,并在2020年開始批量供應。

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    圖片來源:VAMA

    我們知道,當材料尤其是涂層材料的強度提高到2000MPa時,其應用特性(如焊接性和抗氫脆性能)將受到嚴峻挑戰。在材料開發階段,我們對這些應用特性進行了深入的研究,并做了很好的平衡。下圖左圖為USIBOR 2000沖擊韌性的評價。我們使用彎曲實驗來評估USIBOR 2000在熱沖壓后和烘烤前后彎曲角度的變化。結果表明,材料在烘烤前為45度左右,烘烤后可以提高到50度左右,這也使得Usibor 2000材料滿足零件使用要求。

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    圖片來源:VAMA

    同時,對Usibor 2000的抗氫脆性能也進行了深入的研究。用四點彎曲法評估了材料基體中氫含量對氫脆風險的影響。上圖右側的研究結果表明,當材料基體中的游離氫小于0.5ppm時,Usibor 2000的氫脆風險可以得到很好的控制,國內熱沖壓廠也具備相應的控制條件。

    塑料系列雖然是用于軟區的產品,但是強度已經達到了1000MPa的水平,同時還具有優異的韌性。除了通過激光拼焊與U SIBOR系列材料結合使用,Ductibor 1000還可以單獨沖壓成零件使用。經過燙印和烘烤,屈服強度可達800MPa以上,抗拉強度可提高到1000MPa以上,彎曲角度可達80度以上。2018年,VAMA實現了機器人1000的國產化生產,2019年開始量產。

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    圖片來源:VAMA

    從下圖左邊的拉伸曲線可以看出,塑料1000材料的斷裂伸長率與U SIBOR 1500相差不大,但從右邊的ω實心件三點彎曲實驗可以看出,U SIBOR 1500的零件被壓下了90 mm,導致開裂嚴重;然而,塑料1000材料被壓下120 mm而沒有任何破裂。實驗結果表明,塑料1000材料具有高韌性的優點。

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    圖片來源:VAMA

    同時,由于塑料1000的強度處于1000MPa的水平,基本沒有焊接和氫脆的風險,國產化后已經大量應用。目前年供應量達到4-5萬噸的水平。

    S-in Motion汽車級輕鋼解決方案

    VAMA不僅是材料供應商,也是解決方案提供商。除了新材料的開發,我們在材料解決方案的研發方面也處于領先水平。為了不斷適應汽車行業的發展趨勢,安賽樂米塔爾一直致力于開發具有競爭力的汽車用鋼解決方案。自2010年首款S-in Motion B級車級鋼方案推出以來,幾乎每年都會推出不同的車級鋼方案。隨著近兩年新能源汽車的快速發展,我們推出了新能源汽車的整車級鋼鐵解決方案,包括插電式混動和純電動。此外,我們還推出了一系列核心的總成級鋼鐵解決方案,如鋼鐵電池組、懸掛等,可以為用戶提供更多的定制化服務。

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    圖片來源:VAMA

    2020年初,我們推出了S-In Motion純電動SUV的鋼鐵解決方案。通過大量應用安賽樂米塔爾先進的高強度鋼和激光拼焊技術,車身無論是輕量化還是安全性能都達到了極致。其中,高強度鋼在車身上的應用達到63%,鋁硅涂層熱成型鋼的應用達到33%,尤其是第二代鋁硅涂層熱成型鋼的應用比例達到24%,這也為新能源汽車的車身設計和選材策略提供了很好的示范。

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    圖片來源:VAMA

    最后,讓我給你介紹一下VAMA二期。為了不斷將先進的產品和技術引入中國汽車市場,VAMA自成立以來就規劃了二期項目。隨著VAMA的不斷壯大,二期項目于2021年開工建設,計劃于今年第四季度投產,可增加VAMA涂料產品產能45萬噸,產品厚度進一步擴大至3.2 mm..新生產線將平行生產三種不同的涂層產品,包括第二代鋁硅涂層熱成型鋼Usibor 2000和Ductibor 1000,以及鋅鋁鎂涂層產品Zagnelis和第三代冷成型高強度鋼Fortiform。

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    圖片來源:VAMA

    與常規鍍鋅產品相比,鋅鋁鎂鍍層可以顯著提高材料的耐腐蝕性能,也在一定程度上提高材料的沖壓成形性和穩定性,從而提高零件制造效率。在國內,以鋅鋁鎂代替鍍鋅的行業趨勢越來越明顯。

    對此,安賽樂米塔爾開發了兩種不同成分的鋅鋁鎂涂層,一種鋁鎂含量相對較高,另一種鋁鎂含量相對較低。其中,鋁和鎂含量相對較低的涂料可以進一步擴展應用于外板。VAMA項目二期投產后,鋅鋁鎂涂層產品Zagnelis將實現國產化,為國內用戶提供更多的涂層選擇。

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    圖片來源:VAMA

    Fortiform是安賽樂米塔爾第三代冷彎高強鋼,采用淬火配送的生產工藝,特點是高強度、高延伸率。用它代替常規DP鋼可以帶來10%以上的輕量化效果。目前,安賽樂米塔爾已經實現了Fortiform 980、Fortiform 1050和Fortiform 1180三個不同品牌的量產,VAMA二期也將生產用于……國內形式。

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    圖片來源:VAMA

    (以上內容來自2022年8月24日由Gaspar主辦的Gaspar 2022第二屆中國車身大會上,VAMA高級客戶技術支持工程師李久茂發表的《第二代鋁硅涂層熱成型鋼的性能與輕量化應用》主題演講。)

    標簽:世紀

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