热成型技术的应用现状和发展趋势

摘要：阐述了热成型技术在汽车行业的起源和发展过程，简单介绍了热成型的分类与技术原理，探讨了先进热成型技术的发展趋势，分析了国内外的具体应用及现状，总结了热成型技术在国内自主品牌应用中所存在的问题。

关键词：热成型

轻量化

碰撞

中图分类号：V261.3；TG306

文献标识码：B

DOI ：10.19710/ki.1003-8817.20180167

热成型技术的应用现状和发展趋势

薛戬

（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖241006）

作者简介：薛戬（1982—），男，助理材料工程师，学士，研究方向为车身底盘金属材料及轻量化。

1前言

随着汽车新材料的不断应用，以及满足市场

对轻量化和高安全性能汽车需求的先进设计理念的不断引入，制造工艺也需要不断革新。采用高强度钢板冲压件制造车身是同时实现车体轻量化和提高碰撞安全性的重要途径。目前汽车车身安全件普遍采用1300~1500MPa 级的超高强零件，但是高强度钢板强度越高，越难成形，尤其是当钢板强度达到1500MPa 时，常规的冷冲压成形工艺几乎无法成形。热成型技术的采用可以很好地解决超高强零件的成型问题。

2热成型技术发展历程

19世纪中期，瑞典SSAB 公司研发出了第一代

热轧与冷轧含硼钢；20世纪70年代，热成型工艺首先在瑞典得到开发并取得专利。

瑞典SSAB 汽车公司在1984年成为第一家采

用硬化硼钢板的汽车制造商，生产出第一件热成型汽车零件——客车门内防撞梁。随后，这一技术相继应用于保险杠横梁、A 柱和B 柱加强件以及底盘组件等，但是由于加工缓慢，且价格高，应用热成型技术生产的零件种类非常有限，只被原始设备制造商所接受。

80年代中期之后，热成型技术进入高速发展

阶段，当时有3家公司可提供零件；1991年，热成型保险杠横梁用于福特汽车；全球生产的热成型

零件数量从1987年的3百万件增加到1997年的8百万件。从2000年起，更多热成型零件被用在汽车上，而且年产件量在2007年上升到约1.07亿件。2013年，约80%的白车身骨架类零件均可由热冲压技术加工，产量超过3亿件。

目前，全世界热成型生产线已超过200条，Benteler 拥有其中近40%，是世界上最主要的热成型零件供应商，GESTAMP 是世界上首个提供热成型件的厂家，其客户主要集中在欧洲车系，COSMA 也是主要的热成型供应商之一。国内热成型零部件企业近年发展突飞猛进，建成（含在建）的生产线有50多条，其中比较著名的是上海宝钢、上海赛

科利、屹丰集团、凌云吉恩斯等。3热成型技术概述

目前，热成型分为直接热冲压和间接热冲压，

如图1所示。在直接热冲压中，半成品先被加热，再转移到闭式模具内成型和淬火；间接热冲压主要使用预成型冷模，对形状较为复杂或拉延较深的零件先进行一次冷冲预成型，之后与直接热冲压工艺基本相同，如中通道等零件。

22MnB5是热冲压技术最为常用的钢种，通

常，热冲压前其组织为铁素体+珠光体，抗拉强度约600MPa ，经热冲压后组织为全马氏体，抗拉强度达约1500MPa （见图2a ）。众所周知，C 含量对材料淬火后的强度影响较大，而Mn 、Cr 等元素的影响较小。在调整好元素后，通过柔性化的冷却速率便可获得期望的相变和硬化效果，其中B 元素对硬化的贡献较大，它能减缓奥氏体向软相（铁素体）转变，即提高淬透性。

为了获得这类组织和硬度的转变，半成品将被在950℃持续奥氏体化至少3min ，然后成型，在冷却水中淬火5~10s 。只要板材在模具中冷却速度超过马氏体临界转变速度（约27℃/s ），就将导致非扩散马氏体组织的转变[1]。马氏体转变温度在425℃左右，转变终止温度在280℃左右，最终产生高强度的零件（见图2b ）。

目前，国际上热冲压钢板材料从成分上可分为Mn-B 、Mn-Mo-B 、Mn-Cr-B 、Mn-Cr 和Mn-W-Ti-B

系列，其中Mn-B 硼钢系列使用量最大，技术也最成熟，主要钢种的成分与力学指标如表1所示。我国因处于应用初级阶段，以Mn-B 硼钢系列为主，Mn-Mo-B 系列主要在欧洲、北美等地区所用，Mn-Cr-B 为高淬透性热冲压用钢，Mn-Cr 为部分马氏体热冲压用钢，Mn-W-Ti-B 系列为韩国浦项Posco 开发的高烘烤硬化的细晶粒热冲压用钢，强度级别

有1200MPa 、1300MPa 、1500MPa 、1700MPa 。

国内各大钢厂也积极开发热冲压用硼钢，现已能批量供货无镀层热冲压硼钢（冷轧B1500HS ；热轧BR1500HS ）。

宝钢开发的硼钢，经过950℃左右单相奥氏体区的加热保温后，当冷却速度大于15℃/s 时（与其它研究的试验值差别较大），钢板转变为全马氏体组织，其硬度为450~500HV ，强度达到1300~1500MPa ，如表2所示，缺点是无镀层[1]。

奥氏体化条件下，钢与空气接触后将快速形成氧化膜。为了避免表面氧化和脱碳，会在金属板上涂覆保护涂层，在直接热冲压中应用最为广泛的是Al-Si 涂层。这些合金镀层通常采用持续

图1热成型技术分类

（b ）间接热冲压

（a ）直接热冲压

加热到880~950℃

在冷却模具中进行热冲压成型及淬火硬化利用模具或激光修边

冷冲压

在冷却模具中进行热冲压成型及淬火硬化

利用模具或激光修边

加热到880

~950℃

喷丸处理

图2

热成型常见钢种及形成机理

（b ）热力学CCT 冷奥氏体连续冷却转变曲线

（a ）热成型常见钢种22MnB5

400

8001200

1600

抗拉强度/MPa

50403020100断后伸长率/%低碳钢高强钢

奥氏体化

热成型前的

22MnB5成型与淬火

热成型后的

22MnB5

MS

CP

DP

TRIP

Mild

0.1110100100010000

时间/s

900

800

700600

500

400300

200

1000温度/℃

A ：奥氏体P ：珠光体F ：铁素体M ：马氏体

27℃/s

50%

A+F

A+P

A+B

A+M 淬火100℃/s 475HV 27℃/s 470HV 0.2℃/s

150HV