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专访东大易红亮:新钢种解决电动汽车重量难题

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-12  来源:汽车报  作者:汽车材料网   [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:  电动汽车的续航里程一直是困扰其发展的痛点。因此,对于电动汽车来说,因电池本身的增重,使得其对车身减重的需求也远大于普


 

  电动汽车的续航里程一直是困扰其发展的痛点。因此,对于电动汽车来说,因电池本身的增重,使得其对车身减重的需求也远大于普通燃油车。电动汽车车身要更轻,但车身强度也不能打折扣,这就给车用材料提出了更高的要求。一直以来,将超高强钢应用于汽车上的研究一直不断进行,也取得了许多进展。

  近日,东北大学教授易红亮带领的团队研发出了抗拉强度超过2GPa的超高强韧热冲压成形钢新钢种,该钢种在本钢板材有限公司实现了工业化量产,并成功应用于北汽新能源纯电动两座车型“LITE”上。

  破冰超高强钢的空白

  不夸张的说,这是一个破冰领先外资的研发成果。据报道,这是2GPa级超高强钢在全球范围内首次投入批量化工业应用。通用汽车中国科学研究院合作评估分析,与其他国际钢铁巨头的1.8GPa强度钢比较,该新材料在全球范围内首次实现了2GPa以上超高强度兼备优良韧性和延伸率的技术突破,其强度、延伸率和韧性均优于其他国际前沿水平。

  全球首次批量工业应用,意味着这是一次我国在汽车超高强用钢方面的重要突破。

  从上个世纪末开始,我国的钢铁产量已经连续10多年稳居世界第一,单纯从产量上来看,中国无疑是一个钢铁大国,汽车用高强钢板方面目前我国钢铁业已具备能力满足几乎所有需求。但是,我国钢铁缺乏高附加值的全球领先的产品和技术。

  在汽车用钢中,超高强钢板是目前汽车A柱、B柱、保险杠、边梁、门梁等重要安全防护部件用钢的重要选择对象。而且,这些部件对超高强钢的强度与性能的要求还在不断提升。对此,我国也急需自主创新增加核心竞争力,向钢铁强国迈进。因此,研发出适用于汽车的性能优异的超高强钢就是我国相关研究人员的重要目标和方向。易红亮及其团队的这一研究成果也是我国钢铁自主创新的重要标志。

  “刚柔并济”的2GPa高强钢

  易红亮向记者表示,相比传统热冲压成形高强钢,此次研发出的2GPa级超高强钢性能提高20%,比各大钢铁公司巨头开发的1.8GPa级热冲压高强钢性能提高9%以上。

  然而,实现超高的强度还不够,还要确保热冲压构件延展率和韧性的同时协调和平衡超高强度与韧性、延伸率的关系,将抗拉强度提高至1.8GPa以上。但开发更高强度热冲压成形钢的技术瓶颈在于如何使1.8-2GPa级热成形钢达到1.5GPa的22MnB5同等的延伸率和韧性,这也是摆在无数科研人员面前的难题。

  “技术进步的根本在于创新,但创新的思想需要结合产业链根本的需求。”在易红亮看来,面对性能提升,国内外许多研究人员也做了许多开发,但结果可能并不是很理想,不能最终形成产品。要么成本太高,要么性能一方面的提高是基于牺牲另一方面的性能,其原因在于“不是没有创新,而是其创新与产业链实际需求存在距离。所以要想推动技术进步,形成商业化的产品,需要在全产业链的大局思维下,以技术需求和瓶颈为导向,结合实际进行创新性的研发。”

  “所以在最开始,我们就基于热冲压全产业链考虑,不能使热冲压工艺变复杂,采用新思路在材料设计上下功夫,抓住强度与韧性矛盾这一技术瓶颈,创新提出用较高的矾作为合金元素同时解决强度和韧性问题,最终结果证明了这是这次成果中的核心创新点。”易红亮说,他与技术团队针对如何解决汽车用1.8GPa以上超高强热冲压成形钢的强度、韧性及延伸率之间的矛盾关系这一难题,提出将钒微合金化与热冲压工艺条件耦合实现晶粒细化,并通过纳米碳化钒析出降低马氏体中的碳含量,从物理上抑制1.8GPa热冲压成形钢中脆性马氏体生成,从根本上改善材料韧性。并以马氏体强化、晶粒细化及纳米碳化钒析出三种强化机制的“组合拳”实现强度突破2GPa,真正实现了“刚柔并济”的新钢种。

  简言之,该钢种不仅具有超高的强度,还有良好的变形能力和韧性,全方位满足汽车安全结构件的要求。

  对此,奇瑞汽车股份有限公司研究主任工程师、轻量化技术负责人李军表示,随着法规要求越来越高,传统的铝合金和软钢的刚度不够,如果加厚材料满足刚度,轻量化又无法满足,所以优化效果有限。所以高强度的热成型刚是满足要求的非常好的轻量化材料。当前的热成型钢为1.5Gpa,易红亮团队研发的2GPa的热成型钢,可以实现更薄的材料达到同等性能,整车的轻量化效果明显。

  李军进一步指出,在多材料轻量化技术路径下,高强度钢迎来了新的机遇,在全铝车身中扮演越来越重要的地位,实现比铝更高的刚度优势。

  可实现低成本量产 产业化前景向好

  项目从立项到在新车型上应用,只有短短三年时间,为何2Gpa的高强钢研发如此成功?

  在易红亮看来,这得益于他对汽车产业的深入思考:“之前一直与通用汽车(中国)科学技术研究院紧密合作,密切关注整车厂对高性能轻量化材料最前沿的需求,并深入思考碰撞安全对汽车高强钢的核心需求,以产业链低成本为出发点,为整车厂实现轻量化做好材料的设计与研发。”

  据易红亮介绍,目前全球1.5GPa级22MnB5热冲压钢的用量在500万吨左右,中国也在百万吨左右的用量,而且还会持续增加。如果有新的更高强度材料,实现更轻量化,同时对整个产业链的生产模式与工艺等也没有影响。那么,这种材料将很容易就可替换当前材料,从而在整个产业大面积推广。“基于以上思路,我们最开始和本钢合作,开发汽车轻量化用钢。然后在整车厂验证得出该材料性能优于国际同行。2016年年初开始与北汽合作,今年中旬通过北汽的碰撞验证。今年9月份成功应用于北汽新能源纯电动汽车上。”他表示。

  对此,李军表示,采用钒微合金化的热成型高强钢,钢厂的生产工艺不需要做大幅度调整,所以钢厂的成本可控。而且,采用国内生产工艺就可以生产出达到国外优异性能的钢材。同时,这种新型材料,对整车厂的四大工艺都没有影响,整车厂无需作出调整,所以整车厂的成本也是可控的,这就是材料现实应用的重要基础。

  “2Gpa高强钢的研发,是我国汽车钢领域的重大进展之一。不仅是前沿技术发明,还是量产化的产品。产业化应用意义很大。”李军说。

  易红亮对记者透露,目前汽车产业对该新型高强钢都很感兴趣,4家自主品牌,2家国际整车厂正在做技术推广验证。


 
关键词: 热成形 东北大学
 
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