河钢熊自柳：汽车用材向多材料混合方向发展，钢仍然是主要用材

9月20-21日，由中国人才研究会汽车人才专业..指导，国度特聘专家汽车组及盖世汽车主办的"2019（第七届）汽车与情况立异论坛"谨严举办，论坛以一个主论坛加四个平行论坛的形式，携百名行业权势嘉宾，配合商量中国汽车财富在转型升级的新形势和新常态下，整车厂与零部件企业协同立异、升级做强、配合应对严重市场和财富厘革挑战之成长路径。以下为河钢集体钢研总院首席工程师熊自柳演讲内容实录：

河钢集体钢研总院首席工程师熊自柳

人人好，首先感激一下盖世汽车组织如许一次全财富链手艺专家的商议。河钢首要是钢材供应商，我们存眷的是材料和材料应用手艺，今天我的主题首要是河钢集体汽车用钢产物以及轻量化应用手艺。

我今天的申报首要是分为5个部门，首先第一个部门，河钢集体汽车用钢的概述，河钢集体成立于2008年，整个总部是在石家庄，有20余家子公司，控股的公司有70余家，钢铁主业是唐、邯、宣、舞、矿业等等，一连11年进入世界500强，我们今朝的世界排名是214位。

河钢集体十三五规划里面讲，汽车用钢作为我们的计谋产物，生产基地也是包罗在唐山、邯郸、宣化、承德、石家庄5个生产基地，首要的生产线一共30多条，包罗热轧、冷轧、铝硅涂层的生产产线等等。我们的主供的主机厂遍布全球100多家。

我们的产物是取得了非常大的成长，2010年汽车用钢产量30万吨，2018年冲破725万吨，位居国内第二，整个产物组成，包罗冷轧热镀锌是200多万吨，热轧是300多万吨，还有特别钢这一块有100多万吨等。

我们竖立了全球的产物研发..，与客户合作研发中心配合开展研发合作实现双赢，研发..是分几个条理的，首先是集体内部的研发..，拥有两个财富手艺研究院，包罗河钢钢研和机械研究院，解决产物和应用手艺共性方面的研究，此外还有三大国度级的手艺中心和五大省级的手艺研究中心解决的产线的产物和应用手艺相关的实际问题，还有8个国度重点实验室，解决的是产物检测和认证方面的一些产物机能和手艺相关问题；此外从2016年起头，我们和客户起头竖立客户研发中心，和客户竖立了命运配合体的科研合作机构，从产物斥地和应用手艺研究着手开展EVI合作，今朝为止我们已经和海尔、国能汽车等签署了5个客户研发中心。

国内的研发..，我们和东北大学，北京科技大学，重庆大学、天津的汽车工程研究院10余所院校和科学院所配合进行产物和工艺手艺的研发。我们和国外的国际钢协、世界汽车钢联盟，此外还有昆士兰大学、MEFOS等等国外的科研机构配合开展绿色可持续成长共性手艺和产物应用手艺。我本人是联盟的委员，每年列入两次联盟的会议，后背有一些手艺内容是来自于配合的研究申报。此外河钢集体客岁是钢协轮值主席和本年是国际钢协轮值主席，与MEFOS进行了干净钢研发工作，昆士兰大学合作高强钢的成型应用手艺，今朝国际上是最顶尖的成型手艺，后背有做响应的介绍。

冷轧及涂镀产物，从第一代汽车用钢到第三代汽车用钢所以商标全笼盖，强度是最低100多兆帕到最高2000兆帕的热成型钢，实现了整车造。这个是我们的汽车用钢市场这一块，我们汽车板材这一块本年完成了德国宝马的认证，如今进行公共和通用和福特的认证，主供的汽车厂是北汽新能源、上汽、长城、海马等10余家主机厂，特别用钢这一块，用户相对来说更高端一些，奔腾，宝马、克莱斯勒等等全球100多个主机厂还有1000多个零配件厂进行供货。

第二部门介绍一下河钢集体汽车轻量化的手艺路线，首先简要的回首一下手艺配景，人人对汽车的节能和环保已经是耳朵里面都听出茧子了，这个概念提出照样由美国提出的，上个世纪90年月斥地的FSV的车型，因为美国汽车能源消费是最大的，整个汽车里面消费石油也许占到60%以上，所以提出FSV的项目，解决汽车石油消费和尾气排放的问题，后来国际钢协和汽车钢联盟一向研发持续研发这个下项目。

关于碳排放需要考虑原材料生产、运输、零件及整车制造、车辆消费阶段，以及车辆报废和收受轮回等全生命周期阶段，把碳排放概念延伸到全财富链才是我们应该重点存眷的问题。今朝只考虑消费阶段的燃油消费和碳排放实际上对于我们的汽车的斥地来讲或者会形成一个误导。我们从全生命周期的碳排放的角度来看，实际上我们如今都认为轻质合金，铝合金，镁合金轻量化的结果非常好，然则从我们今朝的研究概念来看，钢的全生命周期的碳排放比铝、镁合金、碳纤维低的多，人人能够参考一下世界汽车钢联盟相关的一些实验申报。我想今后全生命周期LCA的概念会引入到汽车设计的观点，如今有一些主机厂，好比说丰田已经用LCA的概念进行设计，用材究竟是用钢几多？铝合金镁合金用几多？加起来全生命周期碳排放是几多，会作为车企的卖点，碳排放已经不是人人说说罢了，要动真格，我们看2020年中国的制订方针是93克，欧洲是50克。

客岁发布了一个尺度全生命周期温室气体排放的尺度，这个尺度今后会作为一个政策划定汽车里面碳排放必需达到几多，这项政策很有或者在不远的未来会实施。

我们河钢的轻量化路径，首要是将合适的材料用在合适的处所，河钢接纳的轻量化这一块，材料轻量化这一块照样首要采用高强钢，为什么？我后背会有PPT做详尽的介绍。此外工艺轻量化这一块照样做拼焊、冷成形、热成型、辊压等等，轻量化有构造轻量化、框架轻量化，界限轻量化我们和一些合作客户配合开展研究。

我们为什么选择高强钢作为轻量化的首要材料？首先铝合金、镁合金，我们把400多辆车型平均车门的重量做了一个对比，我们看一下铝合金相对于钢的确有一个轻量化的结果，也许可以减重5.73克，这个是构造设计。我们设计成车门，因为车门不单是构造，里面会有一些填充物还有其他的零部件，因为考虑震动机能钢度还有平安性，因为我们知道铝的钢度对照低，所以填充的器材会对照多。

做成车门今后再看轻量化的结果，我们看下面几个图，铝对钢来讲轻量化只有0.45千克这个是平均的究竟，我们再看右边，施展的是一个构造设计的结果，这是好几百车型统计的究竟，钢若是经由合理的构造设计，这个轻量化结果是能够和铝做到相当，也就是说实际上钢要做到轻量化构造设计这一块会施展很好很大的潜力。

此外从成本的角度来看一下，这是一个副车架的对比，铝若是用高强钢替代，轻量化比率也许是0.66，轻量化成本增加了49.2元每公斤，若是是用进步高强钢轻量化比例是0.83，成本增加54块，这个是估算的价钱，具体的或者会有一些误差，然则总的情形是钢的轻量化成本比铝合金要低的多的。

第三个偏向，我要介绍一下河钢的材料轻量化首要的方案，首要是材料斥地这一块，三个阶段，第一个阶段经由提高强度减薄做到轻量化，因为材料这一块机能人人都知道强度提高会牺牲韧性和延展率和机能，我们在用户使用过程傍边显现好多的问题，我们针对显现的问题斥地知足特定成形工艺的钢种，好比说知足高扩孔机能、抗剪切开裂、知足热成形的钢种等，而高强度低合金钢、低屈就双相钢、马氏体钢等等无法知足这些特定成形工艺的要求；跟着轻量化要求的络续提高，前面两种提高强度的方式仍然不克完全解决超高强钢应用的问题，在此根蒂上我们斥地了第二类、第三类汽车用钢，这个强度更高，延展率也会非常高，首要是淬火配分钢、TRIP等等，如今都斥地出来了。

介绍一下构造轻量化首要的钢种情形，首先是低屈就的双相钢是我们用的最多的，排耗首要是两大类，一类是连退一个是热镀锌，排号包罗DP450、DP500、DP590、780DP、980DP，首要的应用部件是构造件和增强件。

低屈就的钢度相对低一些，对平安性的要求对照高的时候显得就力所不及了，我们在此根蒂上斥地了高屈就的双相钢也是用连退和热镀锌，首要的特点是弯曲机能对照好，在两相组织傍边变的加倍的平均，两相硬度相差对照小，所以有对照低的弯曲机能，最小弯曲半径对照小，此外抗剪切开裂、翻边扩孔性好，首要是平安性构造件的斥地。

我们斥地的扩孔钢，首要是有热轧、热轧酸洗、冷轧，首要是450、580、780，首要的应用部位是悬架底盘和轮毂。

此外是马氏体钢，我们在冷轧产线上面，采用的是国内今朝为止最进步的一项高氢连退水淬，喷氢的冷速能达到100以上的冷速可以实现组织强化的目的，因为其他的高强度双相钢，首要是基于合金强化，一个是组织强化，我们这个是零丁的经由组织强化，所以说可以做到高强度，此外成原形对来说对照低，马氏体钢轻易达到1500MPa机能，而HSLA、DP等钢很难实现。马氏体钢系列首要特点是实现高强高钢度高扩孔机能，首要是用在构造件上面。

第三类最首要的是一连退火的QP980和QP1180，今朝980已经有一些贸易化应用，1180是属于实验室研发的阶段，如今工业上已经实验出来了然则如今还在寻找客户，首要的特点加工硬化对照好，还有强塑积、高折弯机能、高吸能特征。

热成形钢如今可以做的是HS1500、1800、2000包罗裸板和铝硅板，特点是变形抗力低，回弹小、成形精度高，应用部位首要是在构造件和吊挂件。

铝硅热成形钢我们知道是安赛乐米塔尔的专利手艺，我本人从2012年起头研究铝硅热成形，今朝已经形成本身的专利手艺，我经由添加一些合金元素提高抗高温氧化机能，提高高温耐侵蚀机能，这两个专利今朝已经在国内获得授权，如今在国外申请专利，在欧洲美洲如今已经有专利号了，因为国外申请专利周期对照长，估量要等一段时间回授权。

我们专利有什么特点呢？我们看铝硅成形最高的加热温度是850-900度，铝相里面也会消融一部门的合金，使得镀层的熔点增加，此外成形机能获得保障，如许的话使得成形机能和高温氧化性达到有机的统一。我们知道铝硅涂层是热成形板，只能进行间接热成形，而我们的专利手艺不光能够间接成形，还可实现直接成形，所以这是我们的长处。

锌铝美产物我们有深冲系列，高强IF钢，构造钢、高强度低合金、双相钢等等，首要的特点是耐侵蚀机能、瘦语珍爱性精巧的焊接机能成形机能优于GIGA，在汽车面板使用有降低蜂蜡和涂层的机能，宝钢也一向在推锌铝美产物一向没有推开，我们如今也是将它加入在推广锌铝美的产物，本年我们已经有必然的冲破，有两家主机厂起头用我们的锌铝美产物。

第四个方面，我们竖立本身的汽车板的数据库，今朝的数据库这一块，包罗材料数据库和拆解数据库，材料数据库三大部门，一个是根蒂机能包罗了抗拉延伸率等等，此外是使用机能、服役机能，如许的机能首要是供应给主机厂做正向设计，用于整车概念/工程设计、工艺轻量化模具斥地等全流程斥地阶段，能够供应给主机厂，也和主机厂配合做研究。逆向解析数据库包罗材料解析、工艺解析和3D扫描等，用于车逆向设计。

此外在轻量化应用手艺这一块有本身专门的用户手艺实验室，成型实验室有全能成形试验机、三点弯曲、委靡试验机等设备；焊接实验室包罗激光焊接、点焊、二氧化碳珍爱焊等设备；涂装设备有磷化、电化学工作站、耐候、盐雾的等等设备。此外模拟仿真这一块，对做材料设计这一块照样非常的主要，我们竖立本身的仿真..，包罗唐钢、邯钢，钢研等等，我们借用第三方合作..的模拟仿真手艺资源，包罗天津国度超算中心，燕山大学，昆士兰大学等等。

应用手艺这一块，我们首要的是斥地辊压成形，首要是做材料辊压机能的研究，还有工艺优化和截面优化还有零件成形质量平安机能评估。因为辊压做好多的轻量化成形的材料会有一些难题，1180到1500兆帕今后会有一些产物缺陷很难包管，像滑轨要求对照高的时候很难实现精度，因为做好多零件的时候要20道30道的车型频频进行弯曲，使得成形的零件机能难以包管，我们和昆士兰大学一块合作斥地了链模成形，把这个辊子直径能够做到20-30米，如许做成链模的形式，成型变形区域也许能达到700-800毫米，使得整个的成型过程变的非常的迟缓，如许就削减了多余应力和多余应变的过程，材料的成形质量和精度也获得了很大的提拔。

服役平安评价这一块首要检测高速应力应变曲线，研究应变强化和应变速度敏感曲线模型，供应给主机厂，做完高速拉伸今后会检测一下断口的断裂状况和四周的组织，看看这个材料高速完今后，材料是否会发生非正常失效，影响碰撞时的平安机能，也是佐证一下材料在碰撞的时候是不是平安？经由仿真验证我们的模型是不是达到了侵入机能吸能的要求。

新能源汽车的办事案例，首要是用到的热成形钢和辊压成形和冷冲压成形。第二个办事案例是在新能源客车上面的办事案例，这个是早期做的，其时是最起头是通俗的新能源客车，其时行驶里程是300公里，起头Q345我们用了河钢的材料实现了轻量化的设计。用我们的材料780和980进行了选材设计，我们对构造外形进行优化设计，然后进行简洁设计最终确定了内部的构造达到4个毫米，本来是1.5mm，也是知足他的要求，材料这一块也是响应的做了一些调整。

焊接这一块，也是供应好多的焊接方案，因为高强钢的焊丝对照难选，窗口供应给他们，经由监测和机能知足要求。经由模拟仿真照样知足了客车碰撞的要求。

这个是座椅轻量化的项目，首要是滑轨减重0.4KG，降重比例达到8.5%。因为变薄了今后成形照样很难成形焊接也很难，我们用采用链模和辊压的成形工艺，里面的残存力会非常小，非变形区是不会形成变形不会有质量缺陷，大变形的部门残存力只有屈就强度的0.4-0.5倍。

瞻望一下汽车用钢的成长趋势，汽车用材照样向多材料夹杂偏向成长，汽车用钢仍然是首要的用材，首要是成本和机能，此外是全生命周期碳排放，还有钢质零部件具有对照好的可修复性。汽车用材有四种模式，以钢为主的设计，钢铝夹杂，以铝为主、碳纤维为主设计，能够看出所有模式中钢都是弗成替代的，以铝、碳纤维为主的设计傍边也是有15%-30%摆布的钢。研发新钢种，AHSS钢应用手艺，多材料复合应用手艺是汽车用钢方面的成长趋势。

我就讲到这里，感谢人人！