把握汽车用钢需求 构建先期介入服务体系

　　钢铁行业面临的挑战主要来自非钢材料的激烈竞争和用户方面。钢铁企业为应对这些挑战，一方面必须不断地为汽车行业提供系列稳定的高质量、高性能、高强度汽车用钢，同时还要建立和形成从现代汽车用钢的冶金技术到用户技术的完整技术体系和高素质技术人才队伍，为汽车行业提供选材、用材、成型和制造等的一整套技术解决方案，并建立从先期介入（EVI）到全面用户技术支持与服务的双赢体系。 

　　汽车用钢的发展潜力与应对  

　　汽车车身轻量化的潜力。从汽车车身轻量化的潜力来看，主要包括以下几方面：一是材料轻量化，即采用高强、超高强钢和铝镁合金、复合材料等轻质材料；二是制造轻量化，即采用激光拼焊技术、变厚度轧制技术和创新的型材设计等；三是部件结构轻量化，即部件结构优化、力分布均衡化、加强筋设计等；四是整车结构轻量化，即整车结构高度集成优化。 

　　汽车用高强钢合金含量及性能的发展。第三代汽车用钢的开发使钢具有高强度和高塑性，代表性的第三代汽车用钢包括中锰钢、Q&P钢、纳米强化钢等。近40年来，汽车用钢的合金含量在经历了第一代和第二代发展变化之后，更加注重资源、环境、成本、可循环和绿色制造等可持续发展的要求，今后将向着减量化制造方向发展，即低合金含量、成分简单化，主要通过精细的工艺控制与组织调控来获得高性能。 

　　钢铁行业可能采取的应对方案。一是通过冶金成分优化设计、运用多种强化机理及组织精细调控，开发综合性能良好且成本较低的新一代高强及超高强钢，以实现材料轻量化，提高汽车用钢的竞争力；二是通过汽车部件及整体结构优化设计来进一步实现结构轻量化；三是通过进一步开发先进冷成型、热成型、辊弯成型、液压成型、变厚度轧制和CAE等先进技术，从而实现成型工艺最优化和制造低成本；四是通过热轧高性能薄规格高强板，直接热镀锌或酸洗后应用，实现部分“以热代冷”，以进一步降低钢材成本；五是通过为汽车用材提供整套解决方案和高质量、全面的用户技术服务，以保证汽车用钢的可持续发展。 

　　精细工艺控制获得高性能  

　　超高强双相钢的精细组织。钢的成分及工艺决定其组织，钢的组织结构决定其性能，而同类钢的精细组织构成决定其力学性能的差异。 

　　冷轧高强钢中的纳米粒子析出控制。可以通过在不同冶金工艺阶段的析出特征进行相应的工艺控制，以得到目标组织及纳米析出粒子的弥散分布。 

　　新型淬火配分钢的组织性能。新型Q&P钢主要是通过相变进行强化，具有优异的成型和能量吸收性能。基于分析，研究者提出了一种新型的热处理工艺———Q&PB（Quenching & Partitioning in Bainite zone，淬火和贝氏体区配分），通过提高残奥量，提高塑性。 

　　热成型钢的工艺与组织性能。近年来，热成型钢在汽车上的应用逐年增加，如汽车的防撞件和车身边梁等都可采用热成型钢。热成型钢的优势在于冶金成分简单，成本低且具有超高强度。热成型钢除了对原料钢板的淬透性有要求外，对原料的组织、力学性能也有一定要求。原料组织主要是铁素体+珠光体，抗拉强度为350MPa～650MPa；成型件组织主要是板条马氏体，抗拉强度达到1500MPa～2000MPa。2012年Audi A3应用热成型钢的比例已达到21.7%，而最近在轿车上应用热成型钢的最高比例占汽车用钢板的38%，今后热成型钢在汽车用钢上的比例还将继续提高。安赛乐米塔尔公司已成功开发出最先进的激光拼焊＋热压成型工艺技术，实现车门框板料经激光拼焊后整体热压成型，在汽车上得到批量应用。 

　　先进高强钢的成型应用技术。为适应材料轻量化、部件及整体结构轻量化，液压成型、热冲压成型、辊压成型、激光拼焊、变厚度轧制和数值模拟与CAE等先进成型技术与高强钢材料密切配合，不断发展和应用，使汽车轻量化不断达到新的水平。 

　　一是液压成型。与常规冷冲压成型相比，液压成型具有如下优势：成型件形状结构优化，提高强度、刚度和疲劳强度；节约材料，减轻成型件质量（约降低20%~30%）；降低生产成本，减少零件（比冲压件平均减少15%~20%）和模具数量（模具费用降低约20%~30%），减少后续机加工和装焊接工作量。液压成型技术在北美和欧洲等地已大量应用，国内近年来在许多车型上的应用也在不断增加。液压成型的关键在于成型材料的合理选择、复杂成型工艺和模具的优化设计。 

　　二是辊压成型。近年来，为了克服超高强钢板冷冲压成型在模具、设备和效率等方面的困难，辊压成型技术在汽车部件成型中的应用得到发展，对于钢板强度在800MPa以上的超高强钢，采用辊压成型工艺连续加工，较简单断面的汽车结构件更加经济高效。 

　　三是激光拼焊。激光拼焊是在汽车部件制造中应用较早的先进技术，其优势是可以将不同厚度或不同强度的钢板毛料拼焊起来进行整体冲压成型，这样既可以减少模具数量和成型工序，进而降低制造成本，又能使成型件的整体结构用材得到优化，进而达到减少用材及轻量化的目的。近年来，国外已成功开发出最先进的激光拼焊＋热压成型工艺技术，实现经激光拼焊后的车门框板料整体热压成型，使汽车成型件材料及结构更加优化并进一步轻量化。 

　　四是变厚度轧制。对于某些汽车成型结构件而言，根据成型件各部位的受力分布均衡条件及结构轻量化需求，采用变厚度轧制板料(Tailored rolled blanks－TRB)成型，将比采用等厚度板或激光拼焊板更加合理。变厚度轧制成型件不仅在厚度过渡区的尺寸、形状和组织性能方面平滑过渡，而且成型件的受力、抗疲劳性能也有提高。 

　　五是数值模拟分析与CAE技术。近年来，随着计算机及数值分析技术的发展，数值模拟与CAE技术在汽车设计与制造领域中的应用得到飞速发展，已成为现代汽车结构设计、制造、工艺与模具优化的必备关键技术之一。该项技术在汽车工程中的应用主要包括：流体动力学设计（CFD），结构分析（Structure），成型模具（Die）分析，成型工艺分析（Stamping)，碰撞试验（Crashworthness)分析，振动、噪声和疲劳分析（NVH &Fatigue)，人体工程测试（Ergonomics)等。采用数值模拟分析与CAE技术，不仅可以大大缩短结构与工艺设计开发的时间，显著降低成本，而且可以以很高的精度预测各种材料及工艺条件下的成型极限、缺陷，并进行最佳工艺设计与优化。 

　　完善供应商先期介入服务体系  

　　在汽车用钢市场竞争日益激烈、汽车制造商用户要求更加苛刻、竞争对手的研发能力与水平不断提高的现实形势下，发挥钢铁企业在汽车用钢方面的综合技术与人才优势，从汽车用钢的研发、生产和销售的传统模式向供应商先期介入服务模式EVI（Early Vendor Involvement）转变，从而形成以汽车用户新车型技术目标（轻量化、新工艺新技术应用、整车降成本等）为导向、以获取约定车型用材份额为目标的新型供需关系，从而实现双赢的新目标。这是现代汽车用钢研发生产及供应的必然趋势。国内外汽车用钢的优势企业，都是EVI服务体系做得好的企业。 

　　安赛乐米塔尔公司的汽车全生命周期EVI技术服务体系。为赢得国际汽车用钢的市场，安赛乐米塔尔公司建立了完善的汽车全生命周期EVI技术服务体系。对于新车型，该公司通过先进工程项目，进行5年内的产品创新，与通用钢的结合，提出一体化解决方案；2年~3年内开展车型设计合作工程项目，进行车体结构设计支持、产品促销和认证；18个月内通过开展车体工业性试制项目，协助开展冲压、连接等工艺，提供EVI服务及技术支持；对于已有车型，通过及时反应客户需求，尽快地进行产品/工艺优化，实现汽车生产的质量管理。 

　　宝钢以目标成本导向的汽车EVI服务模式。宝钢通过以目标成本导向的汽车EVI服务模式创新实践，形成了宝钢特色的强有力的汽车用钢全过程设计与技术支持的汽车EVI服务体系。针对汽车厂的程序启动先进工程设计—早期（概念）和车身设计—模（工）具设计和开发—车型投产—批量生产各阶段，实施对应的市场开发—设计支持—工具支持—投产支持—生产监控等全程系统化和个性化支持。对于汽车厂的新车型，宝钢提出详细的针对自主品牌、合资品牌和外方设计的新车型EVI分层原则及EVI工作机制。通过汽车EVI服务模式的实施，宝钢实现了汽车板EVI服务在成本优化、投产支持、模具设计、车身设计、先进工程设计等方面的EVI服务支持型技术降成本，实现了汽车厂和钢厂共赢的良好局面。