9月18日，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室易紅亮教授團隊在2019年中國汽車輕量化大會上發(fā)布高韌性新型鋁硅鍍層技術(shù)。團隊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)，并通過中國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。這一新材料可達到現(xiàn)有材料的同等強度，并實現(xiàn)韌性20-30%的提升，助推汽車零件安全性能的提升。

對比現(xiàn)有技術(shù)，新技術(shù)在多個維度上具有新穎性和創(chuàng)造性，已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)，該專利有望降低該類鋼材的銷售價格和零件成本。該技術(shù)一開始便引發(fā)了通用汽車(北美)材料團隊的高度關(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)團隊，在東風(fēng)(武漢)實業(yè)量產(chǎn)熱沖壓線上進行了多輪零件熱沖壓驗證。實驗證明，采用新型鋼材制造的零件碰撞性能提升達28%，延遲開裂風(fēng)險大幅降低，涂裝性能等各項指標(biāo)均符合GMW14400標(biāo)準(zhǔn)。目前，多家國內(nèi)外汽車制造商正持續(xù)追蹤和評價界面降碳韌化技術(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。而超高強鋼的應(yīng)用，則是經(jīng)濟有效的、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、強度不高、成形困難、生產(chǎn)效率低等技術(shù)痛點，因此成為當(dāng)下白車身用超高強鋼的主流解決方案。

傳統(tǒng)的無鍍層熱沖壓鋼，在加熱中會導(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，需要通過噴丸去除表面生成的氧化鐵皮。而噴丸處理不僅會導(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-米塔爾鋼鐵公司于1999年早成功開發(fā)了鋁硅鍍層技術(shù)。這項技術(shù)有效避免了無鍍層熱沖壓鋼板表面氧化的問題，同時，在磨具保護、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，全球鋁硅鍍層鋼板的應(yīng)用已超過每年300萬噸。

“鋁硅鍍層汽車鋼板雖然有諸多優(yōu)點，但汽車企業(yè)在使用過程中發(fā)現(xiàn)這類鋼板有一個重要缺陷：韌性不足。韌性不足會直接導(dǎo)致汽車碰撞安全件的失效斷裂，韌性不足還會導(dǎo)致零件延遲開裂，即零件沖壓完并未開裂，但焊接裝配后開裂。若這個瓶頸得到破解，汽車車門防撞梁、保險杠、B柱等這一類的安全結(jié)構(gòu)件的安全性還可進一步加強。”易紅亮介紹說。

“產(chǎn)品的缺陷和難點，必有其存在的原因，我們下決心找出這個原因，然后實現(xiàn)靶向攻破。”易紅亮說。中國工程院院士王國棟表示，團隊從理論突破入手，發(fā)現(xiàn)了超高強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制，正是這從“0”到“1”的基礎(chǔ)理論探索，才得以開發(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)對高韌性熱沖壓鍍層產(chǎn)品的設(shè)計需求、熱沖壓企業(yè)對降低延遲開裂風(fēng)險產(chǎn)品的需求、鋼鐵企業(yè)對自主知識產(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)開發(fā)出這一突破性技術(shù)。該開發(fā)過程，是一個以企業(yè)為主體，市場為導(dǎo)向，產(chǎn)學(xué)研深度融合、協(xié)同創(chuàng)新的生動案例。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鋁硅鍍層鋼板在奧氏體加熱過程中，鍍層合金化使界面向22MnB5基材方向移動，形成合金化層和高鋁含量的δ-鐵素體擴散層，這兩者均不含碳，因此導(dǎo)致22MnB5基材以及擴散層界面附近存在大量碳富集，并在隨后的冷卻過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)，易紅亮團隊在無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，實現(xiàn)了彎曲斷裂應(yīng)變大幅提升、延遲開裂風(fēng)險大幅下降。

“這項技術(shù)始于理論創(chuàng)新，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，不僅中國發(fā)明專利已經(jīng)獲得授權(quán)，國際專利也正在申請中，該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化將在全球超過300萬噸(中國近100萬噸)的舞臺上發(fā)揮重要作用，這是對中國汽車輕量化發(fā)展的貢獻，也是中國對世界汽車工業(yè)的貢獻。”中國工程院院士毛新平說。

這項依靠科學(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)每噸超高強汽車鋼降低成本60元左右。易紅亮教授團隊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，新型高韌性鋁硅鍍層技術(shù)完全滿足汽車企業(yè)對涂層附著力、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)及連軋自動化國家重點實驗室在“中國制造2025”及產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級的大背景下，積極與國內(nèi)外相關(guān)知名企業(yè)合作，開展了一批具有科學(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)化上取得的堅實成果，有力推進了我國鋼鐵關(guān)鍵共性技術(shù)領(lǐng)域的進步。