一、研究的背景与问题

在汽车行业电动化和低碳减排的转变需求下，车身结构一体化已日渐成为轻量化车身的发展趋势。以热成形为主的钢制一体化零件成形性好、强度高，可以有效提升车身碰撞性能，且尺寸精度好，使得“热冲压+激光拼焊”技术成为钢制一体化的主力军。

无镀层热成形钢板在热成形过程中面临氧化和脱碳，必须进行喷丸，耐蚀性也无法满足车身使用需求。铝硅镀层由于优良的耐蚀性和耐热性，热成形后零件不需要喷丸，国外于2000年左右开始在汽车零部件上得以应用。铝硅镀层由于表面反射率低，镀层钢板升温速率慢，延迟开裂风险高，一体化热成形零件应用存在问题。一体化热成形零件需要将不同强度、不同规格的材料拼焊应用，需要解决铝硅镀层拼焊问题。2007年安赛洛米塔尔公司（安米）提出部分消融焊接技术，并在全球申请了专利保护。在中国新能源汽车快速发展的大环境下，铝硅镀层热成形钢及其拼焊技术逐渐成为影响行业发展的瓶颈技术。

本项目聚焦面向一体化热成形的新一代涂镀热成形钢板开发与应用，形成从材料、连接和一体化热成形整体技术，突破竞争对手的技术壁垒和打破专利垄断，为我国新能源汽车提供新一代涂镀热成形钢材料与技术，提升中国汽车产业链供应链韧性和安全性。

二、解决问题的思路与技术方案

项目以宝钢股份牵头，联合广汽集团、中国一汽、北京科技大学、宝钢激光拼焊（武汉）、宝钢高新零部件，通过产业链上下游、产-学-研-用联合攻关，聚焦新一代涂镀热成形钢板开发与应用，在铝硅镀层、铝硅吸热涂层、锌基镀层等新一代涂镀钢板产品开发、铝硅镀层激光填丝焊和一体化热成形解决方案等方面取得了突破，攻克一体化热成形材料、连接和应用方面的难题，实现一体化热成形零件的应用。

图1 总体思路

三、主要创新性成果

1、国际领先开发了新一代涂镀热成形钢，包括铝硅涂镀层AST热冲压钢，锌系GZ热冲压钢和超高强度热冲压钢

（1）掌握了铝硅镀层高温相扩散机制，攻克了铝硅镀层热冲压过程熔融与铝硅镀层钢板升温慢等难题，提出了铝硅镀层预扩散工艺技术，国际首发设计了铝硅涂镀层AST产品，实现了铝硅镀层热成形钢生产效能提升及一体化大尺寸热成形零件的灵活设计。

图2 铝硅镀层AS与铝硅吸热涂层AST热成形钢

（2）从基板、镀层和配套热冲压工艺的三个维度共同作用，首先提出了锌系GZ镀层热成形钢直接热冲压工艺技术路线，实现LME裂纹受控，零件焊接性和耐蚀性优良。

图3 锌基GZ热成形钢

（3）实现500-2000MPa四大系列七个强度等级热冲压钢材料开发与应用，掌握超高强度热冲压钢微观组织和热冲压工艺与韧性和氢脆敏感性的关系规律，形成了超高强热冲压钢关键制造和使用技术。

图４全系列铝硅镀层热成形钢

2、国际领先开发出具有自主产权的铝硅激光填丝焊技术FWW^?，打破消融拼焊技术的全球垄断

（1）明确了铝硅拼焊性能差的本质原因，掌握了通过控铝提高焊缝性能的核心技术，基于焊接冶金技术全球首次开发出铝硅拼焊专用焊丝，实现焊缝成分可调可控。

图5 填丝焊原理图

（2）掌握了焊接工艺对焊接质量影响的规律，建立了焊接工艺与焊缝成分-组织-性能的关联机制，开发出焊缝组织均匀化技术，实现铝硅填丝拼焊单一焊缝性能的稳定控制。

图6 热冲压后的1500MPa铝硅拼焊接头性能

（3）开发出高柔性高精度高稳定高寿命的焊接工装设备，保证了铝硅激光填丝拼焊技术在多焊缝零件上的稳定实施，实现了铝硅复杂零件的拼焊质量稳定可控。

图７  汽车门环激光拼焊板的组合工装夹具

3、国内领先开发一体化热成形解决方案，实现一体化热成形零件形性精准控制

（1）开发大型一体化热冲压模具水冷却模拟分析方法，为一体化零件各部位组织性能均匀性提供科学依据；开发一体化热成形模具局部直接液/气冷却工艺技术，解决零件超厚部位（>3.8mm）性能不达标问题。

（2）掌握不同强度热成形材料冲压回弹规律和机理，提出一体化零件低强度区、超高强区域设计准则，解决一体化零件局部区域尺寸难以控制问题。

（3）以宝钢高安全纯电动白车身BCB EV为平台，将一体化热成形零件拓展大门环、前地板骨架、后地板骨架、天幕顶框架、电池包底壳等白车身各个部位，引领和示范一体化热成形技术在白车身上的新应用。

图8 宝钢BCB EV Pro一体化零件示意

四、应用情况与效果

项目开发的新一代涂镀热冲压钢及技术已实现产业化应用，在一体化热成形零件，如补丁板、门环等得到批量应用，解决一体化零件超厚区域性能不达标问题，突破一体化热成形零件厚度差极限，实现一体化热成形零件的灵活设计和应用。项目开发的铝硅激光拼焊技术在宝钢激光拼焊（武汉）等公司得到产业化应用，广泛应用于500-2000MPa涂镀热冲压钢的拼焊，焊缝性能稳定，实现焊缝100%不断裂，累计销售铝硅拼焊板超1000万片。一体化热成形零件在广汽、一汽等汽车厂实现批量应用。

项目申请国内外专利75项，授权发明专利34项，项目研发成果突破了国外技术封锁和垄断，并形成自主知识产权技术，加速推进了一体化热成形零件的规模应用，为汽车行业的技术降本、轻量化、节能减排具有重要价值贡献。

信息来源：宝山钢铁股份有限公司