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9月18日，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室易紅亮教授團(tuán)隊(duì)在2019年中國(guó)汽車輕量化大會(huì)上發(fā)布高韌性新型鋁硅鍍層技術(shù)。團(tuán)隊(duì)提出了鋁硅鍍層和鋼基體界面間高碳致脆的新理論，在汽車鋼鋁硅鍍層強(qiáng)韌化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“0到1”的突破。

東北大學(xué)孵化的創(chuàng)業(yè)企業(yè)育材堂(蘇州)材料科技有限公司將這一理論轉(zhuǎn)化為界面降碳韌化技術(shù)，并通過(guò)中國(guó)馬鞍山鋼鐵股份有限公司和鞍鋼蒂森克虜伯(重慶)汽車鋼有限公司批量工業(yè)試制出高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼產(chǎn)品。這一新材料可達(dá)到現(xiàn)有材料的同等強(qiáng)度，并實(shí)現(xiàn)韌性20-30%的提升，助推汽車零件安全性能的提升。

對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，新技術(shù)在多個(gè)維度上具有新穎性和創(chuàng)造性，已獲得中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)，該專利有望降低該類鋼材的銷售價(jià)格和零件成本。該技術(shù)一開(kāi)始便引發(fā)了通用汽車(北美)材料團(tuán)隊(duì)的高度關(guān)注，通用汽車今年五月份正式要求馬鋼著手準(zhǔn)備新鋼種認(rèn)證所需要的完整技術(shù)數(shù)據(jù)。

在今年六月公布的通用汽車公司全球材料新標(biāo)準(zhǔn)GMW14400中，首次增加了高韌性鋁硅鍍層熱沖壓鋼，并提出了韌性提高20% 的技術(shù)要求。以推動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用為目標(biāo)，育材堂、馬鋼、通用汽車組建了聯(lián)合技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在東風(fēng)(武漢)實(shí)業(yè)量產(chǎn)熱沖壓線上進(jìn)行了多輪零件熱沖壓驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明，采用新型鋼材制造的零件碰撞性能提升達(dá)28%，延遲開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，涂裝性能等各項(xiàng)指標(biāo)均符合GMW14400標(biāo)準(zhǔn)。目前，多家國(guó)內(nèi)外汽車制造商正持續(xù)追蹤和評(píng)價(jià)界面降碳韌化技術(shù)。

減重節(jié)能和提高安全性，是汽車行業(yè)發(fā)展的兩大重要方向。而超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用，則是經(jīng)濟(jì)有效的、可以兼顧二者的解決方案。和傳統(tǒng)的冷沖壓成形技術(shù)相比，熱沖壓成形技術(shù)可以克服鋼板回彈嚴(yán)重、強(qiáng)度不高、成形困難、生產(chǎn)效率低等技術(shù)痛點(diǎn)，因此成為當(dāng)下白車身用超高強(qiáng)鋼的主流解決方案。

傳統(tǒng)的無(wú)鍍層熱沖壓鋼，在加熱中會(huì)導(dǎo)致鋼板表面脫碳和氧化鐵皮的產(chǎn)生。氧化鐵皮容易脫落在模具中，增大鋼板與磨具的摩擦系數(shù)，降低模具的使用壽命，而定期清理模具中的氧化鐵皮，嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率。為滿足沖壓件的后續(xù)處理要求，需要通過(guò)噴丸去除表面生成的氧化鐵皮。而噴丸處理不僅會(huì)導(dǎo)致成本增加，而且影響零件的尺寸精度。

為避免熱沖壓鋼板表面氧化和脫碳，并使其具備耐高溫性和耐腐蝕性，安賽樂(lè)-米塔爾鋼鐵公司于1999年早成功開(kāi)發(fā)了鋁硅鍍層技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)有效避免了無(wú)鍍層熱沖壓鋼板表面氧化的問(wèn)題，同時(shí)，在磨具保護(hù)、零件尺寸精度、耐蝕性等方面也表現(xiàn)出優(yōu)異性能，從此熱沖壓成形用鋼在汽車上的應(yīng)用逐年快速增長(zhǎng)，全球鋁硅鍍層鋼板的應(yīng)用已超過(guò)每年300萬(wàn)噸。

“鋁硅鍍層汽車鋼板雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但汽車企業(yè)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這類鋼板有一個(gè)重要缺陷：韌性不足。韌性不足會(huì)直接導(dǎo)致汽車碰撞安全件的失效斷裂，韌性不足還會(huì)導(dǎo)致零件延遲開(kāi)裂，即零件沖壓完并未開(kāi)裂，但焊接裝配后開(kāi)裂。若這個(gè)瓶頸得到破解，汽車車門防撞梁、保險(xiǎn)杠、B柱等這一類的安全結(jié)構(gòu)件的安全性還可進(jìn)一步加強(qiáng)。”易紅亮介紹說(shuō)。

“產(chǎn)品的缺陷和難點(diǎn)，必有其存在的原因，我們下決心找出這個(gè)原因，然后實(shí)現(xiàn)靶向攻破。”易紅亮說(shuō)。中國(guó)工程院院士王國(guó)棟表示，團(tuán)隊(duì)從理論突破入手，發(fā)現(xiàn)了超高強(qiáng)熱成形汽車用鋼鋁硅鍍層與鋼基體界面間富碳致脆的物理機(jī)制，正是這從“0”到“1”的基礎(chǔ)理論探索，才得以開(kāi)發(fā)出突破硅鋁鍍層熱沖壓鋼板韌性瓶頸的界面降碳韌化技術(shù)。根據(jù)汽車企業(yè)對(duì)高韌性熱沖壓鍍層產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求、熱沖壓企業(yè)對(duì)降低延遲開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品的需求、鋼鐵企業(yè)對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的需求，育材堂公司以東北大學(xué)的理論突破為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出這一突破性技術(shù)。該開(kāi)發(fā)過(guò)程，是一個(gè)以企業(yè)為主體，市場(chǎng)為導(dǎo)向，產(chǎn)學(xué)研深度融合、協(xié)同創(chuàng)新的生動(dòng)案例。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鋁硅鍍層鋼板在奧氏體加熱過(guò)程中，鍍層合金化使界面向22MnB5基材方向移動(dòng)，形成合金化層和高鋁含量的δ-鐵素體擴(kuò)散層，這兩者均不含碳，因此導(dǎo)致22MnB5基材以及擴(kuò)散層界面附近存在大量碳富集，并在隨后的冷卻過(guò)程中形成高碳馬氏體。正是這層高碳馬氏體的極低韌性，顯著降低了鋁硅鍍層產(chǎn)品的韌性。

基于這樣的理論發(fā)現(xiàn)，易紅亮團(tuán)隊(duì)在無(wú)須改變鍍層和基材合金成分的前提下，打出“降低鍍層厚度”和“優(yōu)化加熱工藝”組合拳，以減少22MnB5基材與鍍層間的合金化，從而降低高碳馬氏體層的厚度，大大改善了鋁硅鍍層產(chǎn)品的韌性，實(shí)現(xiàn)了彎曲斷裂應(yīng)變大幅提升、延遲開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)大幅下降。

“這項(xiàng)技術(shù)始于理論創(chuàng)新，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不僅中國(guó)發(fā)明專利已經(jīng)獲得授權(quán)，國(guó)際專利也正在申請(qǐng)中，該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化將在全球超過(guò)300萬(wàn)噸(中國(guó)近100萬(wàn)噸)的舞臺(tái)上發(fā)揮重要作用，這是對(duì)中國(guó)汽車輕量化發(fā)展的貢獻(xiàn)，也是中國(guó)對(duì)世界汽車工業(yè)的貢獻(xiàn)。”中國(guó)工程院院士毛新平說(shuō)。

這項(xiàng)依靠科學(xué)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的原始創(chuàng)新成果，衍生出高韌性新型超高強(qiáng)鋼鋁硅鍍層技術(shù)。這套技術(shù)可以在現(xiàn)有鋼廠鋁硅鍍層板產(chǎn)線上直接生產(chǎn)，鍍層的減薄可使企業(yè)每噸超高強(qiáng)汽車鋼降低成本60元左右。易紅亮教授團(tuán)隊(duì)還提出了熱沖壓快速加熱工藝，使加熱效率提升10~20%。與此同時(shí)，新型高韌性鋁硅鍍層技術(shù)完全滿足汽車企業(yè)對(duì)涂層附著力、抗石擊能力、耐腐蝕性等方面的要求。

據(jù)悉，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在“中國(guó)制造2025”及產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的大背景下，積極與國(guó)內(nèi)外相關(guān)知名企業(yè)合作，開(kāi)展了一批具有科學(xué)前瞻性、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性的創(chuàng)新項(xiàng)目，在技術(shù)突破、應(yīng)用研究和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化上取得的堅(jiān)實(shí)成果，有力推進(jìn)了我國(guó)鋼鐵關(guān)鍵共性技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步。