【中国汽车材料网】首钢股份公司作为中国精品钢材生产的代表企业之一，汽车板是三大战略产品之一。从2009年第一卷冷轧汽车板投放市场到增强成形性双相钢DH590-GI、增强成形性双相钢DH780-GI等产品的国内首发，首钢公司坚持以“镀锌、高强、外板、轻量化”为方向，一直致力于提供绿色、环保、高品质的汽车板。 目前首钢已经与奔驰、宝马、大众、福特、通用、菲亚特等国内外70多家OEM厂商和零部件供应商建立了长期的合作关系。 中国汽车材料网本期有幸邀请到 首钢股份首席技术专家高永生老师，与我们一起谈谈： 首钢低波纹度外板的开发。
首钢股份首席技术专家高永生
1. 首钢汽车板的品种不断丰富，低波纹度汽车板开发主要目的是什么？
开发低波纹度汽车板（也称免中涂汽车外板）是首钢响应国家蓝天保卫战的号召，打造节能环保和清洁高效的绿色企业的举措之一。首钢不断通过改造自己的生产工艺来减排增效，落实国家出台的一系列大气污染防治、降低CO2排放、实行绿色制造相关的政策。另一方面，也通过供应绿色环保的钢铁产品来帮助下游用户，满足企业工艺降成本和绿色制造的需求。
在汽车制造的整个工艺流程中，可挥发性有机物（VOCs）是主要排放污染物，这个最大的排放源主要集中在汽车制造四大工艺中的涂装工序，占比超过60%。传统的涂装工艺包括三次涂漆和两次烘烤，被称为3C2B工艺。以免中涂为主要特征的新型涂装工艺取消了中涂段及之后的一次烘烤，被称为2C1B工艺，是降本减排的举措。首钢免中涂汽车板就是在汽车厂由传统的3C2B涂装工艺改为2C1B背景下开发的新一代汽车钢板，在满足汽车外板的表面品质要求的基础上，助力车企降低能耗、涂装成本及VOCs（挥发性有机化合物）排放，满足环保要求。
2. 低波纹板板材生产过程是如何控制的，其生产工艺的主要难点是什么？
成形性能和表面质量是衡量汽车外板的两大关键指标，而表面形貌是除了涂装工艺和涂漆性能之外影响汽车外板品质的主要因素。钢板表面形貌的表面粗糙度、波纹度和板形三种组成元素中，尽管在后续的涂装工艺中涂层的流平作用可以减弱一些表面形貌对外观品质的影响，但是类似波纹度这样的形貌特征还是会对外观品质产生很大影响。因此研究原始板材的表面特征在后续涂装过程中的衰减和遗传效果，以及钢板表面的微观形貌如何与各涂料和涂装工艺参数的交互作用，进而获得满足高品质汽车外观需求的低波纹板材的表面形貌是轧钢工艺控制的关键。
低波纹板材研发目的是应用于新型免中涂涂装工艺，并获得优良的汽车外观品质。在传统的涂装工艺中，中涂漆在底漆和面漆之间，相当于填充层，其作用是改善车身表面和底漆的平整度，为面漆层创造良好的基底，提高面漆涂层的鲜映性、丰满度和抗石击性能，以达到良好的外观装饰效果。与传统涂装工艺约100μm的工艺漆膜总厚度相比，2C1B工艺漆膜厚度只有约80μm，减薄20%以上，进而对钢板表面轮廓的遮盖力降低。因此，如何在去除了中涂层后，使涂层达到人们对汽车表面光鲜亮丽和高品质的车身鲜映性的直观要求，是一个工艺技术难题。
减少了中涂工艺，总体漆膜厚度减少，技术难点除了要保证其他涂层上有中涂防紫外线辐射及抗石击的功能外，还要保证其外观质量达到传统涂装工艺的标准，因此在免中涂汽车板方面主要存在两大工作重点：一是对钢板表面微观缺陷的要求升高，如表面锌灰、锌渣类等点状缺陷难以被覆盖，涂漆后表面仍可清晰看到，如何降低可容忍缺陷的临界尺寸是钢板表面质量的难点。二是钢板生产过程中接触辊表面轮廓反映到带钢表面后，更容易表现到漆膜表面，满足高鲜映性要求更难。
众所周知，任何钢板表面都是由表面粗糙度Ra（波长＜1mm）、表面波纹度Wca（波长=1～10mm）和板形（波长＞10㎜）这三种波的积分叠加。涂装后代表钢板表面形貌高频信号的表面粗糙度Ra大幅度衰减，而代表低频信号的波纹度Wca的衰减幅度较小，会部分保留下来，从而使表面对光的不规则反射加剧，导致漆膜鲜映性的下降。这说明粗糙度Ra并不是汽车外板外观质量的决定性因素，而起着更重要作用的是表面形貌中的波纹度Wca。因此研究冷轧钢板表面的微观形貌、冲压过程对该形貌的变化和传递规律、涂层过程的前处理和电泳过程对微观形貌的衰减和遗传特征，是获得理想的外观质量的关键。通过对钢板生产全流程每一道工序表面形貌的变化与传承的机理研究、工艺及设备参数的严格控制，首钢已形成了具备自主知识产权的成套工艺技术。
3. 如何评价低波纹度钢板的性能优劣？
免中涂工艺主要影响车身外观质量、抗石击以及耐紫外线老化性能。理想的车身外观质量受钢板表面形貌、涂装工艺和涂漆性能各方面的综合交互影响，具体表现为钢板及零件表面轮廓波纹度、涂料种类及涂料特性、以及漆膜厚度与涂装工艺等。
钢板进行电泳涂漆后，由于涂料的流平作用，钢板表面的原始粗糙度会大幅衰减，如下表。一般来讲，钢板原始粗糙度小，涂漆时会减小其与漆膜的结合面积，导致漆膜附着力降低，而粗糙度过高则会因基板过分粗糙而影响涂装后的表面粗糙度和外观。因此，一般要求钢板的粗糙度在0.6～1.6μm。欧系汽车厂对带钢普通表面要求Ra为0.8～1.9μm，高级表面要求Ra为0.8～1.5μm；日系汽车厂对普通带钢表面要求Ra为0.5～2.0μm，而高鲜映性带钢表面要求Ra为0.5～1.2μm。但是，表面粗糙度在电泳后都会收窄到0.18～0.30μm之间。
钢板表面波纹度Wca主要来源于轧辊的形状误差及轧机的小幅、低频振动造成的汽车外板周期性的波浪型偏差。对于钢厂来讲其控制手段有限，在工况稳定的情况下，一般要求维持在一个相对稳定的水平。实践表明Wca在0.6μm以内（或者Wsa1-5≤0.35μm）可以满足外板对桔皮的要求。
通过对生产工艺以及轧辊表面粗糙度的严格控制，首钢汽车外板可确保在免中涂工艺下，涂装后的高表面鲜映性要求。
4. 低波纹板目前在汽车行业的推广应用情况如何？首钢下一步计划如何进行市场推广。
随着国家环保标准和检查力度的不断提升，新建汽车厂涂装产线绝大多数均为免中涂产线，已有传统3C2B工艺产线部分也在升级改造，因此免中涂汽车板市场推广前景广阔。首钢高鲜映性免中涂汽车外板制造关键技术和装备从2014年开始在北京冷轧薄板有限公司和首钢京唐联合钢铁有限责任公司实施，已实现向合资与自主品牌车企稳定批量供货，在汽车用户免中涂涂装产线上获得广泛应用。
首钢高鲜映性汽车外板（SmooSurf）已经申请并获得国家注册商标，可达到表面粗糙度Ra为0.6～1.3μm、波峰数RPc＞75/cm、波纹度Wsa1-5≤0.35μm，满足汽车外板要求的技术性能指标，产品品种覆盖连退、镀锌和锌铝镁镀层等。
下一步首钢将继续针对新建免中涂产线和正在进行已有传统工艺产线升级改造的汽车厂加强市场推广，在实现了IF钢、BH钢和高强IF钢的稳定供货的同时，也在产品的广度和品种级别方面进行扩展和挖潜，为用户提供优质的汽车外板，并为材料供应、涂装工艺与涂装评价提供完善的解决方案。
专家简介：
高永生博士1991年获北京科技大学机械工程学院工学博士学位，1991-1993年北京科技大学材料工程学院博士后。1992年获副教授职称。2000年获加拿大注册工程师资格，2002年起任Magna发动机与变速箱集团PFC研发部经理。2008-2009年参加Magna委托加拿大多伦多大学主办的“创新与管理”专职培训，并获得硕士学位。
2011年始，任宝钢研究院首席研究员；2017年始任广汽研究院汽车材料及工艺专业总师，2018年9月，任北京首钢股份有限公司首席技术专家，负责把握汽车材料技术发展趋势，制定新材料及汽车零部件材料应用中长期发展规划，建立完善的EVI体系建立和技术服务支撑体系。 
