一、研究的背景与问题

随着乘用车不断向安全、节能、长寿命方向发展，汽车底盘作为乘用车三大系统之一，涵盖众多需要高承载要求的复杂成形零件，这些零件对高扩孔钢需求迫切，多家汽车用户长期依赖于国外钢企产品，且产品仍存在诸多问题：

1.设计端：各大钢企均采用层流水冷+空冷+水冷的冷却模式实现铁素体+贝氏体双相组织的控制。而成分体系则主要分成两类，一是高Si成分体系，添加高含量Si元素抑制碳化物析出，控制铁素体形态，提高扩孔性能；另二是低Si成分体系，添加低含量Si以保证表面质量。但两种传统产品设计均存在一定的问题，严重限制了产品在用户端的应用：高Si成分体系色差严重、磷化性能不佳等问题，导致高端用户难以接受；而低Si成分体系产品扩孔率偏低，在典型复杂成形零件开裂明显，难以满足主机厂高质量需求。

2.制造端：各大钢企采用精轧升速或微加速轧制，保证终轧温度精准控制，通过调整层冷水集管，控制轧后空冷温度、空冷时间。但该方式下存在产品性能头尾及卷间一致性差，且薄规格生产难度高等问题，严重限制了生产成本和效率的优化。

3.应用端：高扩孔钢应用在底盘零部件制造中，多存在焊接结构，呈现搭接、对接等模式，采用较高热输入的实心焊丝气体保护焊等连接方法。但存在超高强度扩孔钢焊接强度降低、焊接表面质量差等焊接质量问题，以及焊接效率偏低、疲劳开裂等问题。

二、解决问题的思路与技术方案

本项目从乘用车复杂成形高承载部件用热轧酸洗高扩孔钢的行业难点、高端用户需求出发，通过磷化/扩孔协同调控和材料局部成形的机理创新，提出成分-工艺-组织调控新路径，实现高扩孔钢磷化性能与扩孔率的综合性能提升。通过层流冷却高精度控制等关键工艺创新，实现了高扩孔钢轧后多温度精准控制及薄规格性能稳定性提升。通过多元素强化、高强高韧性焊材、多功能脉冲焊接、基于焊缝特性的结构服役寿命预测等关键技术及方法创新，保障了高承载部件的稳定、高效制造及应用，满足乘用车安全、节能、长寿命的需求。

1.乘用车底盘通常采用磷化+电泳漆的防腐手段。电泳漆膜腐蚀失效为阴极剥离机制。阴极反应为氧还原反应，产生OH^-，使pH值达到11以上，磷化膜发生溶解腐蚀，导致漆膜的附着性能变差，进而腐蚀剥离。磷化膜的性能是决定整车防腐蚀性能的关键因素。某汽车厂建立了全球最严苛的基于磷化工艺汽车板涂装性能认证体系，以满足磷化膜耐碱性、耐高温、耐湿热等要求，实现底盘高耐蚀。本项目通过关键合金元素的精准调控提升了高扩孔钢磷化性能，实现磷化膜晶粒尺寸、覆盖率、磷化膜重量、P比等各指标均优于或者相当于进口材料，且通过形变奥氏体的形态及尺寸控制、铁素体细化，提升产品扩孔率。

2.传统控制路径精轧通常采用升速轧制工艺+三阶段冷却，头尾实际冷却差异较大，多组集管开启和关闭造成温度精度偏低，且批次间多因素进一步加剧差异。本项目通过恒速轧制进一步提升控制精度及一致性，实现轧后层冷温度不变、空冷时间不变。

3.汽车底盘制造行业普遍采用大电流、较高热输入的焊接方式，以提高生产效率。进口材在提高焊接输入后，焊接接头强度下降明显。本项目确认其为造成超高强度扩孔钢焊接接头强度下降的组织因素、析出相因素，根据底盘零部件焊缝及受力特征，提出了高扩孔钢高热输入下焊接接头的多元素强化技术。针对多款开口扭力梁扭转台架试验时，发生焊缝金属起裂、焊根起裂等问题，本项目自研药芯焊丝，热影响区深度减小40%以上，电弧稳定、脱渣性好，焊接飞溅降低90%。接头疲劳强度、焊缝金属冲击吸收功均得到显著提升，满足高承载焊接接头焊接需求。

三、主要创新性成果

1.开发出一种以关键合金元素调控为核心的高扩孔钢磷化性能控制技术，实现了磷化膜P比、晶粒尺寸、磷化膜重等精准控制。开发出铁贝双相钢组织稳定化和硬度差精准控制技术。

2.开发了层流冷却高精度控制、板卷箱跑偏控制等关键技术，实现了层冷中间温度控制精度和薄规格产品一次轧成率的显著提升。

3.阐明了高扩孔钢焊接热影响区软化规律，通过多元素强化、高强高韧性焊材等技术创新，实现了焊接接头强度、疲劳强度及焊接效率提升。

四、应用情况与效果

乘用车复杂成形高承载部件用热轧酸洗高扩孔钢凭借优良的产品性能、表面质量，助力10余款新车型开发及批量应用，扭力梁等关键零部件较同等级别进口车、合资车减轻5％以上，成为多家汽车主机厂第一大供应商，及多家知名汽车厂、配套厂用高扩孔钢国内唯一供货商。

信息来源：首钢集团有限公司