薄AlSi镀层热冲压钢及其激光拼焊技术

育才堂秉承知识产权是企业生存的命脉，致力于汽车轻量化和先进功能金属材料的研发，与全球多家汽车公司和材料公司深度合作，为传统金属材料注入活力。

育才堂(苏州)材料科技有限公司总工程师、汽车钢材部周树博士以“铝硅涂层热成型材料产品及其低成本激光拼焊门环战略”为主题，详细介绍了高韧性铝硅涂层热冲压钢、激光拼焊技术、一体化门环。以下是发言摘要:

育才堂(苏州)材料科技有限公司、汽车钢材部总工程师周树博士

育才堂(苏州)材料科技有限公司简介

我们公司叫育才堂(苏州)材料科技有限公司，英文名是“EASY FORMING”(零件更容易成型)。该公司的团队人数不到40人，但80%以上是博士和硕士，专注于技术研究和工程应用的开发。公司的方向是专注于先进钢铁创新技术的研发，实现高强度、高韧性和特殊要求(高导热率)等行业需求。

公司的路线是先科研，后技术，最后工业量产。目前主要集中在热成型钢领域。通过近几年的发展，在铝硅涂层领域开发出了PHS涂层技术:Aluslim，意为“瘦身”，说明该产品是一种涂层更薄，更具成本和环保优势的涂层。

基于这种涂层，我们开发了PHS基材技术，在材料方面:2000MPa，1500MPa和1000MPa PHS。根据实际工况和不同场景，制定不同的强度等级和不同的韧性要求，为汽车设计人员提供了灵活的产品选择。基于这些材料的技术，我们可以在激光拼焊方面做更多的整合方案。

除了汽车车身用钢，我们还有其他方面的研发，比如高导热模具钢。随着一体化零件的集成性越来越强，零件越来越大，这不仅要求压力机的吨位，还要求铝合金的成形温度和工艺。所以，我们布局了高导热模具钢。简单来说，虽然成型温度升高，但材料的导热系数也较高，可以使模具在较高的成型温度下保持高效的使用寿命。

育才堂(苏州)材料科技有限公司位于苏州，我们有一个研发的实验平台，代表了我们公司在整个发展过程中的一个独特点:通过合金设计-工艺研究-应用评估的完整链条串联，我们拥有热冲压钢材产品的全流程研发能力。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

对于烫印工艺，我们会对其工艺做更加灵活的模拟，实验室已经自主研发了一套专用的烫印工艺设备，可以针对不同的材料和性能进行烫印模拟。这些R&D和应用离不开我们与车企和钢厂的沟通。我们团队的R&D领域覆盖了产业链的不同位置，我们可以不分青红皂白地与零部件工厂和汽车工厂进行互动。我们不仅仅是技术开发者，更希望与整个烫印产业链的工程技术人员进行共同开发，行业共同进步。

高韧性铝硅涂层热冲压钢

接下来，我想介绍一下高韧性铝硅涂层的烫印钢。热冲压是从软态到加热软态，再到成型后的硬态的过程。因为过程中有加热，钢材表面氧化是不可避免的。1999年，尚友发明了我认为世界上最伟大的钢铁产品，一次就可以卖到300万吨……e品种，这是其他钢材永远达不到的。这也是铝硅涂层产品，解决了热成型时表面氧化脱碳的问题。

但是再伟大的产品，在使用过程中也会出现不友好的技术问题。常规涂料产品面临三大问题:一是加热效率低，涂料液化粘辊；二是韧性不足，延迟开裂的问题；第三，零件防腐，点焊电极磨损。

我们公司善于发现基本技术问题的本质。通过微观分析，基于韧性不足的问题进行推测，认为加热过程中铁、铝扩散，在基体界面形成富碳特征。因为富碳特征一旦形成，热冲压后，高碳马氏体会覆盖基体表面。碰撞变形过程中首先会产生弯曲裂纹。如果表面有脆性的富碳层，材料的韧性肯定会下降，表面裂纹首先从脆性的富碳层出现。下图是微观分析，证实了界面上有明显的富碳特征。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

找到关键，如果要解决这个问题，有没有更科学简单的方法？我公司结合钢材的实际生产工艺，用两种相对简单的方法解决了问题。首先，涂层变薄。众所周知，涂层是铝，加热时铁和铝会扩散。然而，如果铝较少，扩散过程可能被抑制，富碳特征可能被削弱。同时，如果在涂装前对基材表面进行脱碳处理，从源头上降低基材表面的含碳量，表面的富碳层自然会消失。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

我们还发现涂层的厚度也有利于加热。其实在烫印过程中，表面的涂层液化后会吸收大量的热量，高吸热的特性也使得铝硅涂层在加热时加热效率明显提高。从双碳的角度来看，加热效率的提高会导致耗电量的降低，单位面积铝硅涂层的减薄也会导致更低的碳结果，进一步提高生产效率。关于这项技术，我们已经形成了自己的知识产权，向国内三家钢厂授权了专利，并完成了相应的试制和材料认证。

高韧性铝硅涂层热冲压钢件的试验

我们还对具有高韧性铝硅涂层的热冲压钢件进行了一些试验。在门槛的三点弯曲试验中，最终开裂失效位置是一个拐角。如果对比薄涂层和厚涂层，数据显示使用薄涂层时吸能性能有一定比例的提高，那么碰撞安全性肯定会提高。在B柱的三点弯曲试验中，具有薄涂层的热冲压件可以显著延缓大变形下脆性断裂的发生。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

基于不同部位的吸能要求不同，我们已经完成了1000MPa、1500MPa、1800MPa三个强度等级材料的试制，并于今年上半年开始小批量供货。在实验中，1000MPa强度的材料烘烤后可达1100Mpa以上，VDA可达88度，1500MPa烘烤后可达1550MPa，VDA 65度，1800MPa烘烤后可达1850MPa，VDA可达55度。

通过材料成分的设计优化，在PH = 1的强酸条件下，保持了100%屈服强度的应力水平，1000MPa和1500MPa的材料在120h h内没有开裂，但1800MPa的材料在强酸条件下仍然存在一些问题。虽然其应力水平基本接近1500MPa材料，但其延迟开裂性能不如1500MPa材料。而在空气介质中，1800MPa材料在淬火烘烤状态下，能保持100%屈服强度的应力水平300小时不开裂。

合适的材料应该用在合适的地方。这些不同性能的产品可以给设计师带来更灵活的设计方案。例如，…000MPa的材料韧性最好，强度高，适用于碰撞变形时用来吸收能量的部件。1500MPa具有均衡的强韧性，适用于各种碰撞条件下的零件。1800MPa具有超高的强度和足够的韧性，适用于抵抗变形和侵入的零件。此外，上述强度等级材料均在材料和零件层面完成了材料断裂和焊点HAZ失效的卡片标定，支持汽车企业进行精确的CAE仿真。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

激光拼焊技术与一体式门环

要整合以上材料，会涉及到激光拼焊和集成门环的工艺和应用。行业方面，多零件一体化设计方案已成为汽车车身轻量化设计的大趋势，激光拼焊技术将在汽车车身制造发展中发挥重要作用。这项技术有四个优点:1 .成本低:钢材，材料利用率高，一体化设计；2.轻量化:多种材质规格柔性拼焊，无搭接边；3、碰撞安全性更好:强度分布合理；4.低碳排放。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

将传统的备件生产工艺与集成敲击器的生产工艺进行比较。下料工艺类似，但在传统的零配件生产工艺中，下料后的零配件需要直接热冲压，然后在每个单件成型后点焊，形成最终产品。在一体化生产过程中，下料后要将所有材料进行激光拼焊，形成完整的板材，然后进行一体化热冲压。从流程上看，后者对零部件、供应商、物流、模具的管理更加深入，会让整个生产流程更加高效低碳。

在此工艺下，一体化激光拼焊门环具有五大特点:一体化设计，减少零件数量；通过分块优化，提高了材料利用率；材料厚度和强度可以灵活组合；高韧性材料在高变形区的应用具有更高的安全性；但是工艺成本高。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

具有Al-Si涂层的热冲压钢的激光拼焊还有一个显著的技术问题，即焊缝强度弱于母材。比如特斯拉的Model Y，采用了内外四门环设计，采用了剥离和激光拼焊的技术。那么，为什么在激光拼焊工艺后，铝硅涂层热成型钢必须增加激光剥离？因为在Al-Si涂层激光拼焊过程中，涂层中的铝全部进入焊缝，这样热处理后会形成软相组织，混合铝使焊缝在热冲压后成为F+M双相组织，但两种母材是硬相组织。当面对变形和拉伸时，焊缝自然会成为弱点。因此，如果要提高焊缝强度，就需要减少铝的影响。这就是为什么在激光拼焊铝硅涂层时需要剥离过程。

如果使用薄涂层，可以减少剥离过程，并且可以直接进行焊接。这是因为涂层更薄，进入焊缝的Al明显减少，焊缝质量更稳定。但需要注意的是，需要有一道“加焊丝”的工序:填充C/Mn等合金，在不额外预留间隙的情况下，最大程度保证焊缝的几何尺寸，从而提高焊接效率，保证焊缝质量，降低原材料浪费的风险。

综上所述，育才堂(苏州)材料科技有限公司致力于为客户提供高韧性薄型铝硅涂层热冲压钢及其拼焊产品的全流程技术解决方案，提供材料强度500/1000/1500/1800MPa的高韧性铝硅涂层材料支撑；为拼焊产品的开发提供技术支持，以进行块体优化(厚度分布、焊缝设计)和可制造性分析；提供低成本高效率的拼焊产品。

那是我的报告。

(以上内容来自于2022年8月24日盖世汽车主办的2022年第二届中国车身大会上，育才堂(苏州)材料科技有限公司、汽车用钢部总工程师周树博士发表的《铝硅涂层热成型材料产品及其低成本激光拼焊门环战略》主题演讲。)秉承知识产权是企业生存的命脉，育才堂致力于汽车轻量化和先进功能金属材料的研发，与全球多家汽车公司和材料公司深度合作，为传统金属材料注入活力。

育才堂(苏州)材料科技有限公司总工程师、汽车钢材部周树博士以“铝硅涂层热成型材料产品及其低成本激光拼焊门环战略”为主题，详细介绍了高韧性铝硅涂层热冲压钢、激光拼焊技术、一体化门环。以下是发言摘要:

育才堂(苏州)材料科技有限公司、汽车钢材部总工程师周树博士

育才堂(苏州)材料科技有限公司简介

我们公司叫育才堂(苏州)材料科技有限公司，英文名是“EASY FORMING”(零件更容易成型)。该公司的团队人数不到40人，但80%以上是博士和硕士，专注于技术研究和工程应用的开发。公司的方向是专注于先进钢铁创新技术的研发，实现高强度、高韧性和特殊要求(高导热率)等行业需求。

公司的路线是先科研，后技术，最后工业量产。目前主要集中在热成型钢领域。通过近几年的发展，在铝硅涂层领域开发出了PHS涂层技术:Aluslim，意为“瘦身”，说明该产品是一种涂层更薄，更具成本和环保优势的涂层。

基于这种涂层，我们开发了PHS基材技术，在材料方面:2000MPa，1500MPa和1000MPa PHS。根据实际工况和不同场景，制定不同的强度等级和不同的韧性要求，为汽车设计人员提供了灵活的产品选择。基于这些材料的技术，我们可以在激光拼焊方面做更多的整合方案。

除了汽车车身用钢，我们还有其他方面的研发，比如高导热模具钢。随着一体化零件的集成性越来越强，零件越来越大，这不仅要求压力机的吨位，还要求铝合金的成形温度和工艺。所以，我们布局了高导热模具钢。简单来说，虽然成型温度升高，但材料的导热系数也较高，可以使模具在较高的成型温度下保持高效的使用寿命。

育才堂(苏州)材料科技有限公司位于苏州，我们有一个研发的实验平台，代表了我们公司在整个发展过程中的一个独特点:通过合金设计-工艺研究-应用评估的完整链条串联，我们拥有热冲压钢材产品的全流程研发能力。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

对于烫印工艺，我们会对其工艺做更加灵活的模拟，实验室已经自主研发了一套专用的烫印工艺设备，可以针对不同的材料和性能进行烫印模拟。这些R&D和应用离不开我们与车企和钢厂的沟通。我们团队的R&D领域覆盖了产业链的不同位置，我们可以不分青红皂白地与零部件工厂和汽车工厂进行互动。我们不仅仅是技术开发者，更希望与整个烫印产业链的工程技术人员共同开发，与行业共同进步……试试看。

高韧性铝硅涂层热冲压钢

接下来，我想介绍一下高韧性铝硅涂层的烫印钢。热冲压是从软态到加热软态，再到成型后的硬态的过程。因为过程中有加热，钢材表面氧化是不可避免的。1999年，尚友发明了我认为世界上最伟大的钢铁产品，单个品种就可以卖到世界上300万吨，这是其他钢铁永远做不到的。这也是铝硅涂层产品，解决了热成型时表面氧化脱碳的问题。

但是再伟大的产品，在使用过程中也会出现不友好的技术问题。常规涂料产品面临三大问题:一是加热效率低，涂料液化粘辊；二是韧性不足，延迟开裂的问题；第三，零件防腐，点焊电极磨损。

我们公司善于发现基本技术问题的本质。通过微观分析，基于韧性不足的问题进行推测，认为加热过程中铁、铝扩散，在基体界面形成富碳特征。因为富碳特征一旦形成，热冲压后，高碳马氏体会覆盖基体表面。碰撞变形过程中首先会产生弯曲裂纹。如果表面有脆性的富碳层，材料的韧性肯定会下降，表面裂纹首先从脆性的富碳层出现。下图是微观分析，证实了界面上有明显的富碳特征。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

找到关键，如果要解决这个问题，有没有更科学简单的方法？我公司结合钢材的实际生产工艺，用两种相对简单的方法解决了问题。首先，涂层变薄。众所周知，涂层是铝，加热时铁和铝会扩散。然而，如果铝较少，扩散过程可能被抑制，富碳特征可能被削弱。同时，如果在涂装前对基材表面进行脱碳处理，从源头上降低基材表面的含碳量，表面的富碳层自然会消失。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

我们还发现涂层的厚度也有利于加热。其实在烫印过程中，表面的涂层液化后会吸收大量的热量，高吸热的特性也使得铝硅涂层在加热时加热效率明显提高。从双碳的角度来看，加热效率的提高会导致耗电量的降低，单位面积铝硅涂层的减薄也会导致更低的碳结果，进一步提高生产效率。关于这项技术，我们已经形成了自己的知识产权，向国内三家钢厂授权了专利，并完成了相应的试制和材料认证。

高韧性铝硅涂层热冲压钢件的试验

我们还对具有高韧性铝硅涂层的热冲压钢件进行了一些试验。在门槛的三点弯曲试验中，最终开裂失效位置是一个拐角。如果对比薄涂层和厚涂层，数据显示使用薄涂层时吸能性能有一定比例的提高，那么碰撞安全性肯定会提高。在B柱的三点弯曲试验中，具有薄涂层的热冲压件可以显著延缓大变形下脆性断裂的发生。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

基于不同部位的吸能要求不同，我们已经完成了1000MPa、1500MPa、1800MPa三个强度等级材料的试制，并于今年上半年开始小批量供货。在实验中，1000MPa强度的材料烘烤后可达1100Mpa以上，VDA可达88度，1500MPa烘烤后可达1550MPa，VDA 65度，1800MPa烘烤后可达1850MPa，VDA可达55度。

通过材料成分的设计优化，在PH = 1的强酸条件下，保持了100%屈服强度的应力水平，1000MPa和1500MPa的材料在120h h内没有开裂，但1800MPa的材料在强酸条件下仍然存在一些问题。虽然其应力水平基本接近1500MPa材料，但其延迟开裂性能不如1500MPa材料。而在空气介质中，1800MPa材料在淬火烘烤状态下，能保持100%屈服强度的应力水平300小时不开裂。

合适的材料应该用在合适的地方。这些不同性能的产品可以给设计师带来更灵活的设计方案。例如，…000MPa的材料韧性最好，强度高，适用于碰撞变形时用来吸收能量的部件。1500MPa具有均衡的强韧性，适用于各种碰撞条件下的零件。1800MPa具有超高的强度和足够的韧性，适用于抵抗变形和侵入的零件。此外，上述强度等级材料均在材料和零件层面完成了材料断裂和焊点HAZ失效的卡片标定，支持汽车企业进行精确的CAE仿真。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

激光拼焊技术与一体式门环

要整合以上材料，会涉及到激光拼焊和集成门环的工艺和应用。行业方面，多零件一体化设计方案已成为汽车车身轻量化设计的大趋势，激光拼焊技术将在汽车车身制造发展中发挥重要作用。这项技术有四个优点:1 .成本低:钢材，材料利用率高，一体化设计；2.轻量化:多种材质规格柔性拼焊，无搭接边；3、碰撞安全性更好:强度分布合理；4.低碳排放。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

将传统的备件生产工艺与集成敲击器的生产工艺进行比较。下料工艺类似，但在传统的零配件生产工艺中，下料后的零配件需要直接热冲压，然后在每个单件成型后点焊，形成最终产品。在一体化生产过程中，下料后要将所有材料进行激光拼焊，形成完整的板材，然后进行一体化热冲压。从流程上看，后者对零部件、供应商、物流、模具的管理更加深入，会让整个生产流程更加高效低碳。

在此工艺下，一体化激光拼焊门环具有五大特点:一体化设计，减少零件数量；通过分块优化，提高了材料利用率；材料厚度和强度可以灵活组合；高韧性材料在高变形区的应用具有更高的安全性；但是工艺成本高。

图片来源:育才堂(苏州)材料科技有限公司

具有Al-Si涂层的热冲压钢的激光拼焊还有一个显著的技术问题，即焊缝强度弱于母材。比如特斯拉的Model Y，采用了内外四门环设计，采用了剥离和激光拼焊的技术。那么，为什么在激光拼焊工艺后，铝硅涂层热成型钢必须增加激光剥离？因为在Al-Si涂层激光拼焊过程中，涂层中的铝全部进入焊缝，这样热处理后会形成软相组织，混合铝使焊缝在热冲压后成为F+M双相组织，但两种母材是硬相组织。当面对变形和拉伸时，焊缝自然会成为弱点。因此，如果要提高焊缝强度，就需要减少铝的影响。这就是为什么在激光拼焊铝硅涂层时需要剥离过程。

如果使用薄涂层，可以减少剥离过程，并且可以直接进行焊接。这是因为涂层更薄，进入焊缝的Al明显减少，焊缝质量更稳定。但需要注意的是，需要有一道“加焊丝”的工序:填充C/Mn等合金，在不额外预留间隙的情况下，最大程度保证焊缝的几何尺寸，从而提高焊接效率，保证焊缝质量，降低原材料浪费的风险。

综上所述，育才堂(苏州)材料科技有限公司致力于为客户提供高韧性薄型铝硅涂层热冲压钢及其拼焊产品的全流程技术解决方案，提供材料强度500/1000/1500/1800MPa的高韧性铝硅涂层材料支撑；为拼焊产品的开发提供技术支持，以进行块体优化(厚度分布、焊缝设计)和可制造性分析；提供低成本高效率的拼焊产品。

那是我的报告。

(以上内容来自于2022年8月24日盖世汽车主办的2022年第二届中国车身大会上，育才堂(苏州)材料科技有限公司、汽车用钢部总工程师周树博士发表的《铝硅涂层热成型材料产品及其低成本激光拼焊门环战略》主题演讲。)

标签：发现特斯拉Model Y

汽车资讯热门资讯