為適應汽車輕量化、降低燃油消耗、減少汙染物排放和提高汽車碰撞安全性的要求， 汽車用高強度鋼板 的使用比重越來越大，如高強度雙相鋼、TRIP 強度汽車板、尤其是超高強度汽車板在常溫下的變形 範圍很窄 當前各大汽車廠生產車身及部件主要採用 冷衝壓法，採用此法衝壓高強度汽車板時，衝壓過程中 需要的衝壓力大且容易開裂，產生過量回彈尤其是針 對超高強度鋼板（抗拉強度550Ma），衝壓時這兩項 缺陷尤為突出熱衝壓技術可以解決這兩個問題，同時 可以使衝壓後的成品抗拉強度得到大幅度提高 一、鋼板熱衝壓技術 1.基本概念 熱衝壓工藝是將高強度鋼板加熱到 奧氏體溫度範圍，鋼板組織完成變化後，快速移動到模 具，快速衝壓，在壓機保壓狀態下，透過模具中佈置的 冷卻迴路並保證一定的冷卻速度， 對零件進行淬火冷 卻，最後獲得超高強度衝壓件（組織為馬氏體，抗拉強 度在150 甚至更高）的新型工藝見圖、圖2 高強度汽車板熱衝壓主要工藝過程從熱衝壓的工藝流程來看，關鍵工藝過程是加熱、 衝壓、保壓和冷卻加熱過程直接影響到高強度鋼板的 衝壓效能 衝壓是衝壓機在一定衝壓速率的條件下使 鋼板成型保壓是為了保證零部件成型狀態的穩定性， 並完成淬火使鋼板發生組織轉變 2.熱衝壓的主要裝置 （）加熱爐 其功能是將鋼板加熱到再結晶溫度， 一方面要求加熱爐的能力要滿足要求； 另一方面從保 證板面質量來看，爐內又需要通保護氣體，避免鋼板在 加熱過程中被氧化 從滿足連續大批次生產的要求來 看，加熱爐應該能實現自動進出料，且出料位置有一定 精度， 以便於後續生產 從保證生產連續性的需求來 看，加熱爐與其他連續性生產一樣，配備了2 套動力裝 置，而且在意外發生後能保證加熱爐自動啟動，以確保 爐況正常和爐內裝置使用壽命 （2）上下料裝置 出加熱爐後的鋼板仍然處於高溫 狀態，為了能夠將加熱後的板料準確夾送到衝壓模具上 （國外某典型熱衝壓裝置提供商夾具見圖3），只能依靠 特定板料形狀而設計的夾具機器人或機械手來快速、平 穩、準確地將高溫狀態下的鋼板送到模具上 這樣可以 避免鋼板在夾送過程中的表面氧化和區域性溫降 熱衝壓後經保壓淬火後的零件表面溫度尚有 2左右，也只能採用夾具或機械手下料 國外某典型 熱衝壓裝置提供商生產的下料夾具和機器人見圖4 壓機鋼板熱衝壓壓機既要具備快速合模衝 壓，又要有保壓的功能，這是一般冷衝壓壓機所不能完 因此，壓力機是熱衝壓的關鍵裝置國內外高強度汽車板 熱衝壓技術研究現狀 技術與裝備縱橫 58 冶金管理 2009 SiAl Ti Cr0.2210 1.2110 0.019. 0.0030 0.2580 0.0360 0.0390 0.0037 0.1910 USIBOR500高強鋼的化學成分 單位：% Al22Mn5 0.19~0.25 1.10~1.4 0.025 0.015 0.015 0.0008~0.005 0.30 0.01 0.08 30Mn5 0.27~0.33 1.15~1.45 0.025 0.010 0.10~0.40 0.001~0.005 0.01~0.30 0.01 0.015~0.08 30nB高強鋼的化學成分 單位：% Cr0.2~0.25 1.0~1.3 ＜0.019 ＜0.01 0.20~0.35 ＜0.0050 0.14~0.26 DocolBoron0 高強鋼的化學成分 單位：% （4）模具。 熱衝壓模具一方面要完成衝壓成型，另 一方面要完成對鋼板衝壓過程中的淬火冷卻， 因此模 具周圍都設計有冷卻系統。 現在投入工業生產的熱衝 壓模具一般使用的是水迴圈冷卻。 國內模擬試驗的模 具冷卻水系統位於凹模與凹模座之間。 模具的材料也 是關鍵，有文獻報道國外採用的是 Al /Cu複合材料。 在連續高速批次生產過程中， 模具應保持相對一致的 溫度，以保證批次生產部件的質量穩定。 （5）切邊和衝孔。 熱衝壓後的零件強度高，需要採 用鐳射切割進行切邊和衝孔。採用機械式衝壓，則要求 壓機噸位大。 國外某典型熱衝裝置提供商熱衝壓裝置 如圖4 所示。 （a）熱衝壓機器人 （b）熱衝壓壓機、模具和 成形後的汽車零部件 國外某公司生產的熱衝壓裝置3.熱衝壓工藝裝置的優缺點。 採用熱衝壓工藝後， 尤其是轎車車身所用高強度或超高強度鋼板的厚度可 以降低，同時由於部件的強度得到大幅度提高，車身上 的加強板、加強筋可以大量減少，從而減少了車身的重 量，同等條件下提高了車身的防撞安全性。 由於採用熱加工工藝， 鋼板的熱變形能力得到大 幅提高，並且衝壓變形所需的壓力相對降低，一般而言 熱衝壓軋機的噸位800t 就可以滿足生產要求。 態下衝壓，也降低了回彈的程度，基本沒什麼回彈。相對冷衝壓而言，熱衝壓也有不足之處。由於需要 加熱爐對鋼板進行前處理， 增加了加熱裝置及其能耗 這一大環節。生產過程中由於需要加熱和保壓（淬火）， 從而增加了生產時間，生產效率也因此降低。 此外，由於熱衝壓成熟的技術裝置，特別是熱衝壓 壓機、模具、鐳射切割機以及全套裝置的自動控制系統 基本由國外公司掌控，技術封鎖嚴密，現階段裝置投資 大，一般的小型汽車廠難以承受。 二、國內外對熱衝壓高強鋼的研究現狀 汽車用高強度鋼板熱衝壓用的原料， 要求抗拉強 度在400~600MPa 左右。 目前，主要用於熱衝壓的高強 度和超高強度汽車板為含硼鋼板。 USI-OR1500 和帶Al-Si 鍍層的熱衝壓鋼板 USIOR1500。 Al-Si鍍層的熱衝壓鋼板 USIOR1500 由於有 Al- Si 鍍層不會產生氧化鐵皮， 其典型化學成分如表 此外，瑞典 SSA 公司開發了熱軋硼鋼板 Docol Boron02、04，其典型化學成分見表 USIBOR1500有些類似。 蒂森克虜伯鋼鐵公司也能批次生產熱衝壓 鋼種。 美國西沃斯巴公司和戴姆勒克萊斯勒共同研發 了熱衝壓硼鋼。 日本、 南韓等鋼廠也能生產熱衝壓用 此外，國外試驗研究比較多的是 22MnB5 30MnB5，德國薩爾茨吉特集團研製的 22MnB5 30MnB5的化學成分見表3， Ti含量，其含量為0.020%~0.050%。 此外，該公司還能 生產24MnB5 和26MnB5，但都只有熱軋產品。 目前，國 內鋼廠只有寶鋼開發了不帶鍍層的熱衝壓用鋼—— 軋B1500HS、熱軋B1500HS，並實現批次供貨。總的來看，熱衝壓高強鋼的化學成分主要特點是， 含有微量的 和較多的Mn，此外還含有微量的 Ti，因 此有些研究直接稱為高強度硼鋼熱衝壓技術研究。 技術與裝備縱橫59 冶金管理 2009 鋼種Boron02 Boro04 USIBOR1500 衝壓前 衝壓後 衝壓前 衝壓後 衝壓前 衝壓後 屈服強度/MPa 350 1200 380 1200 280~400 1200 抗拉強度/MPa 530 1600 620 1720 400~600 1500 種高強度汽車板熱衝壓後的強度變化。可見熱衝壓後，高強度汽車板的抗拉強 度得到了大幅提高，都在原來的2 倍以上。 三、國內外高強度汽車板 熱衝壓成形工藝研究現狀 1.國內研究現狀。 主要是同濟大學、哈爾濱工業大 學、吉林大學、上海大眾汽車和奇瑞汽車、寶鋼研究院 等相關研究單位在對熱衝壓技術、關鍵裝置進行研究， 上海市對此還設立了專門的科研專案進行資助。 國內大學研究高強度汽車板熱衝壓工藝取得成果 較多的是同濟大學機械與材料學院， 他們選用的是安 賽樂生產的 USBOR1500 高強度鋼板， 採用熱模擬機 和量身訂製的模具進行試驗研究。 主要研究了熱衝壓 過程中， 鋼板的加熱溫度與鋼板內部組織結構變化模 式、衝壓速度、保壓時間、冷卻臨界速度（淬火速度）、衝 壓模具溫度變化對成形的影響等方面的模擬研究。 國內實驗研究表明： 高強度汽車板熱衝壓加熱溫 850~950為宜；模具在室溫下，即原始溫度10~ 50對熱衝壓成形沒有明顯影響； 保壓時間一般為 155~260s，冷卻速度一般21/s，淬火後零件溫度為 200左右，冷卻水臨界經濟流速為0.7m/s。 2.國外研究現狀。 國外對此工藝研究的比較早，由 於技術封鎖， 很難見到有實際意義的生產線的技術文 獻和有關高強度汽車板熱衝壓生產實踐性資料， 公開 發表的絕大部分都是試驗研究。 大多集中在汽車工業 比較發達的歐洲國家，如瑞典得勒歐理工大學、德國紐 倫堡大學、德國 Muche 理工大學、義大利帕瓦大學， 日本橫濱國立大學、豐橋科技大學，此外伊朗 Arak 學都對高強度淬火鋼板熱衝壓成形原理和工藝進行了研究， 主要採用熱模擬機、 USI-OR1500 高強度鋼板進行研究。 但國外尤其是歐洲已有裝置生產企業能夠提供高 強度汽車板熱衝壓生產線。如，瑞典AP&T 公司具備提 供整套熱衝壓裝置能力、 德國舒勒公司能夠提供全套 的鋼板熱衝壓裝置， 舒勒已向一家德國汽車製造廠提 條全自動熱成形生產線，國內熱衝壓整套和部分 裝置都還沒有廠家能夠生產。 四、鋼板熱衝壓技術主要應用部件 高強度汽車板熱衝壓技術主要用於生產轎車車身 結構中對強度要求高的部件，如：門內側梁、柱，底板中 央通道、車身縱梁和橫樑、門檻、保險槓等安全防撞件。 這些部件的強度級別直接關係轎車的安全效能， 尤其 是國家提高了對汽車防撞級別的要求， 這些部件的強 度級別更是關係到整車的安全星級。 研究顯示， 德國大眾 車型、沃爾沃 XC90 採用了高強度硼鋼和熱衝壓成型工藝。國內某自主品牌汽車也在部分車型中採用了此項技術 以提高碰撞安全級別。 結語。 目前，國內各大型汽車用鋼生產企業，對高 強度和超高強度硼鋼板的開發還比較滯後， 品種也相 對較少， 還沒有研發出並批次生產帶塗層的熱鍍鋅品 種，需要鋼廠加大研發，以滿足汽車生產企業對高強鋼 板的需求。 國外對熱衝壓裝置及其應用技術的研究封 閉嚴密，國內大型鋼廠可以與有關汽車生產企業、衝壓 裝置製造企業、相關重點院校加強合作，以期在熱衝壓 裝置製造領域取得突破。 這樣可以加快高強鋼板的研 發與應用，提高高強度汽車鋼板的應用比重，打破國外 技術封鎖，降低裝置成本，使該技術得到廣泛推廣。 裝置引進方面，鋼廠可以與汽車生產企業簽訂有關協 議，加強技術和裝置投入合作，可以將熱衝壓線引入到 鋼鐵企業建設的剪下配送中心， 這樣可以降低汽車生 產企業的投入， 也有利於鋼鐵企業推廣其生產的高強 度、超高強度鋼板。 在熱衝壓工藝技術細節完善層面， 可以應用計算 機輔助技術， 模擬模擬熱衝壓試驗研究過程中鋼板的 成形和淬火過程，將各項工藝環節進行最佳化。 目前對熱衝壓工藝的自動控制研究還基本沒有， 因而需要加強研究和消化， 以免在工藝的生產控制方 面受制於人。 同時強化操作人員培訓，提高生產水平。 （作者單位：武鋼研究院） 技術與裝備縱橫 60

首先要搞清楚熱衝壓技術從哪裡來的，其實熱衝壓起源於歐洲，歐洲主要做熱成型零件的供應商有海斯坦普，本特勒等，板料基本都是安塞樂米爾塔的，國內2005年之後開始大量應用，大部分也是國外進口板料，當然目前也有用寶鋼的非鍍層板的，隨著熱成型產線還有技術的成熟，近幾年熱成型的成本也已經大幅下降了，幾乎可以達到和冷衝壓相提並論，國內汽車目前應用比例已經很高了，大概10-20%左右，日本的話我所知道熱成型的應用還是比較少，不管是豐田，本田，還是日產都用的不多，主要是日本的模具技術發達，所以他們用高強度冷衝壓的很多，他們能控制高強鋼的回彈，反觀國內的就比較差！這點還是服氣日本人的！但是冷衝壓的強度仍然達不到熱成型的強度，因此，日本汽車也有采用熱成型鋼，但是總體比例仍不高，我估計不超過5%。