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1、阿塞洛公司汽车用钢新品种简介Michel Babbit本文对汽车用钢近期的一些发展进行评述。一种新型预涂板特别适用于经热冲压加工的防渗透部件。另一种与预涂板有关的新工艺为新型无机处理法（NIT） ，能够有效地提高预涂板的冲压生产率。在防腐方面，新一代薄型有机涂层已经得到应用；将来 Zn-Mg 镀层推广后会有助于汽车制造商节省二次防腐成本（蜡、乳香脂等） 。为了获得高刚性低重量的钢材，阿塞洛已开发出一种高刚性的新型夹芯板，显示出应用于大块车身板的潜力。最后对一些突破性新产品概念在中长期未来的应用前景进行了探讨。1前言钢材是汽车最主要的组成材料，为了巩固这一地位，钢铁工业必须不断地满足汽车制造商新
2、的需求。通过降低车身重量来减少 CO2 排放，同时还要提高汽车的被动安全性，是该领域的主要挑战之一。超高强度钢正是满足这两项要求的候选材料。一个相对较新的方法是将预涂板进行热冲压。就减轻大型汽车板的重量而言，出现了一种高刚性的新型多层钢材料，不失为一种有趣的创新型解决方案。另外，成本效益是高竞争性汽车市场中极其重要的因素，因此，任何能够协助汽车制造商提高生产率的方案（如降低汽车耐腐蚀性加工成本）都会大受欢迎。为此，开发出了更薄的有机和锌镁镀层。可以预见，汽车工业还会有重大的发展变化，钢铁业需要突破性的创新技术来满足未来新的要求。2用于热冲压加工的高强度钢阿塞洛公司开发出了称为 Usibor 1
3、500P 的高强度钢，完全用于热冲压工艺。该材料促进了欧洲、美国和日本在热冲压技术上的进步。它的化学成分示于表1，机械性能示于表 2。表 1 Usibor 1500P 的化学成分 质量%元素 C Mn Si Cr B上限% 0.25 1.4 0.35 0.3 0.005表 2 Usibor 1500P 的典型机械性能 YS：屈服强度，UTS：极限抗拉强度，El：延伸率YS（MPa）UTS（MPa）El（%）供货状态 400 600 25（ISO）热冲压后 1000 1500 6（ISO）在热冲压工艺中，先以 880950给坯料加热 510min，使钢板奥氏体化，然后快速转移到冲床（57s）并在
4、 600800下冲压；最后在冲压设备之间以30/s 的冷却速率淬火。Usibor 1500P 是一种预涂材料，有约 25m 厚的 Al-Si 热浸镀层（90%Al，称为 Alusi 镀层） ，该镀层能够承受加热和淬火工艺。Usibor 的奥氏体显微组织使其在冲压温度下仍具有很高的可成形性。图 1 显示出在热冲压过程中涂镀区域显微组织的演变，图 2 则给出了 Usibor 的主要性能指标。Usibor 1500P 特别适于冲击弯曲应用领域。图 3 对 Usibor 1500P 与低碳钢和高强度钢的三点冲击弯曲试验结果进行了比较，试验速度为 29km/h，动能为10kJ。可以看出，它的最大弯曲力比
5、 1000MPa UTS 钢（M1000 ）高 20%，比800MPa UTS 钢（M800 ）高 50%，比 600MPa UTS 钢（TRIP 600）高 75%。这种优异的性能使 Usibor 1500P 最适用于汽车保险杠和门梁、A 柱和 B 柱、横梁、门槛、车顶和厢底地板的加强件等。热处理（900950510min）期间镀层转变为金属间化合物合金层（Al、Fe、Si）高附着性高粗糙度无鳞皮图 1 Usibor 1500P 预涂板在热冲压期间及热冲压前后的情况。中间的小图显示出钢与 Alusi 镀层间的边界层，右下图显示出奥氏体化后镀层表面的形貌。上乘的焊接性能（点焊、MIG 和 MA
6、G 焊）焊条使用期延长均匀或非均匀组合大电流波瓣（1kA）优良的耐腐蚀性部件热冲压后即可涂漆表面粗糙度使油漆附着性极佳，与电镀产品相媲美优秀的耐冲撞性能高韧性（夏氏冲击试验）三点弯曲试验中极佳的表现（防渗透试验）图 2 Usibor 1500P 的主要性能指标图 3 各种低碳钢和高强度钢在 29km/h（10kJ）三点弯曲试验中的极限弯曲力3改善预涂产品的冲压性能“新型无机处理法（NIT） ”是一种表面处理技术，最初的开发目的是处理电镀（EG ）基材，以改善电镀产品的冲压性能。由于 NIT 在电镀产品上取得了突出的效果，便在其他金属基材上进行了试验，尤其是热浸镀锌（GI）和镀锌层扩散退火处理（
7、GA）材料。通过测定经 NIT 处理的 GI 和 GA 板的性能，对 NIT 应用于这两种材料的可行性进行了实验室评估。如表 3 所示，对主要性能进行了研究。在用户的冲压车间进行的试验表明达到了主要目的，产品获得了附加值，并且为解决锌污染问题和锌窝缺陷找到了一个途径。即使在小涂油量的情况下润滑剂的表现也很均匀（图 4c） 。如图 4a 和 4b 所示，NIT 在 GI 材料上的沉淀层使预涂板的深冲性能明显改善。因为处理过程的沉淀层在脱脂工序中被清除，所以涂漆性能与未处理基材相同。这一点已被不同用户的涂漆间所证实。NIT 处理 GI 板的附着性能在极个别条件下需要一定的改善，以提高时效性能和对特
8、定附着剂的适应性。NIT 工艺产生的效果鼓舞人们对其应用于所有工业性镀锌线的可能性进行研究。应该不会遇到太大的问题，因为应用 NIT 可能不需要更换原有的设备。表 3 NIT 处理薄板的性能与未处理基材的比较：+表示较好，-表示较差，= 表示相同，*表示配合用户附着剂检查产品性能性能基材+NIT 较之于未处理材摩擦性能 +拉伸性能 +去湿敏感度 +润滑剂自然敏感度 +对工具的污染程度 +点焊性能 +=/-粘结性 =/-*脱脂性 =磷化处理性 =图 4（a）冲压 600 个由 NIT 处理 GI 板制造的部件后防护板的外貌；（b）相同冲压条件下冲压 10 个由未处理 GI 板制造的部件后同一防护
9、板的表面缺陷：可见擦伤和划痕；（c ）NIT 处理 GI 板具有良好的摩擦性能，具体取决于涂油量（0.25g/m 2/每侧2.5g/m 2/每侧） ，但总是优于未处理 GI 板4薄型有机涂层阿塞洛公司生产汽车用薄有机膜预涂板已有几年历史。连续电镀带钢穿过一条涂镀线，将这种薄有机涂层施涂到电镀薄板上。薄有机涂层可显著地提高对渗透性腐蚀的防护性能，对于汽车的镶边件尤其有效，使汽车商无须或大大减少对孔眼和边缝的昂贵的二次防腐措施。目前生产的薄膜有机涂层（Henkel 公司生产的 Granocoat ZE 和 Chemetall & Andre 公司生产的 GardoProtect TH 9493）采
10、用锌粉着色，以改善材料的点焊性能。这种有机涂层的目标厚度位于 2.5m4.5 m 的范围。薄有机涂层领域的新进展围绕着进一步提高耐渗透腐蚀性和可成形性，Henkel 公司开发的 Granocoat X涂层向实现这一目标又跨近了一步，而且其涂镀方法与 Granocoat ZE 或GardoProtect TH 9493 相同。对 Granocoat X 涂层薄板的耐腐蚀性进行了评估，并按照SEP 1160 第一部分 中规定的程序将之与标准 Granocoat ZE 涂层作了比较。耐腐蚀性试样采用了汽车玻璃的镶边件，按照VDA 621-415的程序进行试验。Granocoat X 的耐腐蚀性（即红
11、锈出现于试样前的 VDA 腐蚀循环数）为1520 个 VDA 循环，具体取决于有机涂层的厚度；而标准 Granocoat ZE 涂层的耐腐蚀性为 810 个 VDA 循环（见图 5） 。因此，Granocoat X 的耐腐蚀性约为Granocoat ZE 涂层的两倍。通过摩擦试验和杯突试验研究了 Granocoat X 的可成形性。摩擦试验显示Granocoat X 具有上佳的摩擦性能，如图 6 所示，其摩擦系数低于标准薄有机涂层和电镀层。该摩擦系数不受润滑剂数量和质量的影响（即使没有润滑剂也保持良好的摩擦系数） ，也不受工具材料质量的影响。杯突试验（图 7）证实了与标准 Granocoat
12、ZE 涂层相比 Granocoat X 具有更优的可成形性：Granocoat X 涂层薄板折断前的最大坯件夹持力约为 Granocoat ZE 薄板的两倍（图 8） 。连续深冲了 25 个杯形后未发现工具污染，期间未作任何清理工作。在焊接性、粘结适应性等其他性能方面，与标准薄有机涂层相比未有变化。优于材料薄有机涂层（Granocoat ZE 或 GardoProtect TH 9493）的另一点是较低的养护温度，使 Granocoat X 与烘烤硬化钢兼容。由于新型薄有机涂层 Granocoat X 具有优质的耐腐蚀性和可成形性，与标准型薄有机涂层相比它更易于加工，在二次防腐处理方面更节省成
13、本。因此，该产品在不久的将来应能成为汽车工业的标准涂层。图 5 红锈出现前的 VDA 腐蚀循环数图 6 Granocoat X 的摩擦性能与其他薄有机涂层和电镀层的比较图 7 用 Granocoat X 涂镀板制作的帽形图 8 ： Granocoat X、标准 Granocoat ZE 和电镀板（ EG）在杯突过程中最大冲压力与坯件夹持力。曲线末端为折断前的最大夹持力（Granocoat X 的值大于EG）5利用 PVD 技术开发的 ZnMg 镀层数年来阿塞洛公司一直在研究利用真空沉积技术（PVD 技术）开发新型镀层的方法。主要目标是提供具有更高耐腐蚀性的钢板镀层，使汽车制造商能够减少通常采用
14、的二次防腐措施（如给空心部件施涂密封胶和蜡、涂镀一定厚度的 Ed-漆等） 。在阿塞洛试验过的各种不同的方案中，利用 PVD 技术的锌镁（ZnMg）沉积镀层目前被认为最具前景，它能显著提高钢板的耐腐蚀性，简化汽车制造商的涂漆工艺。用真空沉积法将一薄层纯镁沉积到电镀锌钢板（EG）表面，再实行一次热处理使锌和镁熔合，便获得了 ZnMg 镀层（图 9） 。锌层和镁层的厚度在热处理之前分别为 7.5 和 1.5m。经过热处理以后，形成了一个双分子金属层：上层由约 3m 厚的 Zn2Mg 合金组成，下层为约 5.5m 的 EG 钢板的残留锌。最初通过实验室 PVD 设备开发出 ZnMg 镀层， 2005
15、年以后，位于比利时Liege 市的阿塞洛 PVD 中试生产线可以连续生产这种镀层。在“汽车用产品中心”的设施上进行的试验中，ZnMg 镀层显示出极佳的耐腐蚀性。对比较不同镀层的耐腐蚀性，对未涂漆 ZnMg 试样与 7.5m 厚镀锌层和3m 厚第一代薄有机涂层（TOC）的标准 EG 板进行了循环腐蚀试验（图 10） 。试验结果清楚地显示出 ZnMg 产品具有更佳的耐腐蚀性。红锈在 ZnMg 试样上出现的时间比 EG+TOC 试样延迟 3 个系数，比 EG 试样延迟 10 个系数。深冲试验证实了这些结果。在涂漆的 EG 试样上所做的循环腐蚀试验（图 11）同样表明，ZnMg 产品对切边腐蚀的耐受力
16、明显优于常规镀锌层。ZnMg 镀层的直接好处是能够减少汽车生产商的二次防腐措施，降低汽车制造中的防腐成本。事实上，考虑到这种镀层极好的耐腐蚀性，减少甚至完全取消在切边部位和空心件施用防腐密封胶和蜡的做法是非常可能的。在耐渗透腐蚀性应用上，也可以考虑将 ZnMg 镀层与较便宜的薄有机涂层结合使用。一些空心件通常要求特定的设计和较难掌握的涂漆方式，两者结合使用就可能在这些空心件上完全替代 EG 镀层。新型 ZnMg 镀层品种具有许多优势，可根据用户的需要提供量身定做的防腐方案，为用户带来附加值。由于它具有很高的耐腐蚀性，ZnMg 镀层确实可能通过取消二次防腐措施或白色设计中车身的简化（从而缩短设计周期）来大大降低汽车制造成本。阿塞洛 ZnMg 镀层的开发工作已进入向用户提供样品的阶段，今后几个月时间里阿塞洛将与汽车制造商用户紧密合作，以充分实现这一令人期待的镀层的巨大潜力。与此同时，阿塞洛也在为该产品的工业化生产做准备工作。2007年阿塞洛有望通过其 Arceo
