《材料研究学报》
撰文 / 刘宝华编辑 / 涂彦平设计 / 赵昊然题图 / 张 萌
从美国制裁中兴、华为开始,“卡脖子”成为产业界的高频词。芯片、光刻机、操作系统、数控机床、关键材料……各行各业都能列出一系列“卡脖子”清单。
汽车领域的“卡脖子”技术很多,最引发广泛关注的是2020 年底至今的高端芯片短缺。事实上还有一些关键零部件、关键材料,比高端芯片的集中度还高,只是未发生过供应短缺。例如带铝硅镀层的热成形钢,几乎100%被一家公司的专利垄断。
只要关注汽车的人肯定不会对热成形钢陌生。近年来上市的新车介绍中经常会有使用高强度钢、热成形钢的比例,比例越高,代表车型安全性越高。
成本最高、强度最大的热成形钢一般会被优先使用于B柱、A柱等车身要害部位,2019年末到2020年中两起碰撞测试中A柱变形甚至折断的名场面显然是A柱材料上出了问题。
竞争对手的眼睛是雪亮的,福特2020年中在一款新车的宣传中用了如下文案:——“全新第六代探险者 E-NCAP(全球最严格的碰撞测试)首撞1700兆帕淬火马氏体钢(地球上目前为止汽车用钢最高等级)加持,A柱就是这么豪横,纹丝不动。”
福特第六代探险者 E-NCAP碰撞测试 ▼
还有在热成形钢领域抢占制高点的。东风汽车集团旗下高端智能电动车品牌岚图,在其首款车型FREE的介绍中花了相当笔墨强调其业界首次采用2000兆帕带铝硅涂层热成形钢的车门防撞梁,白车身1500兆帕以上热成形钢占比高达31%。
热成形钢乱入其他名场面的情况有而不少。2020年12月31日,中汽中心与长城汽车共同召开“C-NCAP热门车型-第三代哈弗H6侧面碰撞试验情况说明会”,针对第三代哈弗H6在C-NCAP侧面碰撞测试中出现的异常情况做出说明。长城方面在介绍第三代哈弗H6的安全性时特意强调该车型关键部位使用了强度最高达2000兆帕的热成形钢,为同级之最。
而比第三代哈弗H6上市早7天的红旗H9,是全球首款使用2000兆帕热成形钢的车型。
技术竞争,分秒必争。2021年伊始,蔚来、智己、广汽新能源时隔几天分别喊出纯电动续航1000公里的“小目标”,引发新能源行业震动。在热成形钢领域同样在进行一场竞赛,谁先跑入2000兆帕赛道、谁先跑入2000兆帕带镀层赛道。
就像智能化车型肯定会晒自己有多少个摄像头、多少个毫米波雷达一样,在被动安全领域,配备了多少比例的热成形钢、多少兆帕的热成形钢,代表着一款车对安全的重视程度和投入程度。所以近年来汽车行业的整体趋势也是该材料的强度越来越高、使用比例越来越高。
如此多的需求,而全世界的车用带铝硅镀层热成形钢供给几乎被一家公司控制,它就是全球最大钢铁公司安赛乐米塔尔(ArcelorMittal,以下简称安米)。
安米靠一系列专利技术统治了该领域超过20年,直到2020年,一家中国科技公司的专利改变了这一局面。
热成形钢的前世今生
先来了解一下热成形钢的历史。
为了实现汽车的轻量化,汽车企业一直在寻找高强度钢代替低强度钢,强度提高意味着钢板可以变得更薄,从而减重。
1980年代,瑞典人率先将农机上的一项技术移植到了汽车上——收割机的刀口是把低强度钢烧热以后冲压成形,冲压过程中给材料一个快速冷却,刀口强度就变得非常高。工艺本身没有多少难度,与手工业时代铸剑就是把剑烧红,敲打之后再用冷水淬火,以增加剑的刚性和硬度是相同的原理。
瑞典人把这种工艺制成的钢板用在了汽车上,但起初的20多年并没有推广开,只在沃尔沃、萨博几款小众车型上的小零件上使用。因为钢板需要经过900多摄氏度的加热然后冲压,表面会产生氧化皮,冲压时氧化皮很可能掉落进模具,模具被污染。氧化皮的产生还会影响焊接、涂装,后续处理难度极大。
1999年,安赛乐钢铁集团的前身公司发明了一种铝硅镀层技术并申请专利,解决了热成形钢的所有问题,既不会生成铁的氧化物,也不用任何清洗就可以直接焊接、涂装。正是这个技术让钢板的热冲压变得和冷冲压一样简单高效,又能获得热冲压的高强度特性,热成形钢这才普及起来。
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