近年来,国外汽车制造商已将高强度钢板热冲压技术应用于前保险杠、后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底框架以及车门内板、车门防撞梁在内的结构件上。例如,在VOLVO车型中热冲压硼钢的使用量逐年递增,预计将达到白车身的45%以上。
2011年,中国产销突破2000万辆,中国汽车市场持续加温。汽车制造行业需进一步明确在国家制定的“汽车产业调整振兴规划”下,到2020年将我国从装备“制造大国”推向“制造强国”的远景目标,只有打破热冲压成形技术领域的关键“瓶颈”,瞄准高端市场,在“保增长”前提下进一步调整部署,全面优化产业布局,借装备制造行业实施国家“十二五”科技重大专项的东风,调结构、促改革,大力发展高强度钢热冲压装备生产线及相关技术,推进汽车装备制造行业又好又快发展。国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉表示,与世界上汽车产业强国相比,我国的热冲压装备生产线关键技术及成套装备研究起步较晚,现在仍有许多关键的共性技术尚待解决。为了进一步提升我国自主品牌汽车的国际竞争力,国家及政府有关部门必须加以引导和支持。钢铁企业—汽车企业—用户,政府—企业—市场要形成三方互动的整体,促进各个领域的交流是十分重要的。仅靠单个企业自身的努力要想实现跨越式技术进步显得尤为艰难。从高强度钢板热冲压技术的发展之路看出,任何核心技术不掌握在自己手中,都将受制于人。因此,必须拥有完全自主知识产权的专有技术,才是中国汽车工业及装备制造业全方位发展的前途所在。
热冲压是相对比常见的冷冲压成形而言,为了克服高强度钢板冷成形的困难,热冲压须将钢板加热实现相变再冲压成形并进行淬火,从而获得更高的强度、抗变形性与硬度,能够成形抗拉强度高达1600-2000MPa的零部件,可组焊成高强度驾乘单元,承受5吨以上的静压而不损坏。采用这种相对于超高强度的结构件,可明显提高汽车的碰撞安全性,同时通过减小壁厚或截面、减少汽车装配环节中的零部件的数量尺寸,从而实现轻量化。正因为热冲压的技术优势,才使得高强度钢热冲压技术正受到全球汽车厂商和钢铁生产企业的的青睐和极大关注。
热冲压不单是简单的“冷转热”过程,涉及到了十分复杂的金属材料热—力—相变多物理场耦合和多尺度问题以及热边界摩擦非线性力学问题。高强钢板热冲压的复杂性要克服热冲压缺陷的产生:诸如局部过分软化-缩颈、破裂,起皱,马氏体转化不均匀等,还要实现最佳的奥氏体-马氏体化温度、最佳模内冷却速率、最佳成形压力、最佳保压时间等优化问题,这就需要从宏观和微观尺度进行诸如成形性分析、服役性能等进行深入研究和技术积累。
广泛采用22MnB5高强度硼钢是目前从材料上实现热冲压的一种最优选择。该钢种初始抗拉强度介于400MPa~600MPa之间,无论是热轧还是冷轧板材产品均可在奥氏体化后通过快速淬火处理得到马氏体组织,实现热冲压成形生产。目前市场上广泛应用的热冲压板材以欧洲Arcelor公司出产的带Al-Si涂层的USIBOR1500及改型批次为代表,产品厚度为0.7mm~2.4mm不等。带涂层的热冲压钢板由于表面有效隔绝空气与钢铁接触,在热冲压过程中不会产生大量氧化皮,表面质量好,后续几乎不需喷丸工序,但涂层易与加热炉中磁辊粘结。无涂层的钢板由于具有大量氧化皮,后续需要喷丸处理,但不会与加热炉中磁棍粘结,二者各具利弊。其他诸如日本新日铁、神户制钢、韩国浦硕钢厂也正积极开发生产用热冲压钢板。国内宝钢开发的冷轧B1500HS、热轧BR1500HS也已实现批量供货,通钢、鞍钢等钢铁企业也正积极投入相关热冲压钢板开发中。