熱成型鋼
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
熱成型鋼的實例教程
在同等重量下，高強度鋼能很大程度上提升車身強度，改善碰撞安全性能。但是高強度鋼成形困難、回彈嚴重，導致工裝制造、調試難度非常高。熱成型鋼的出現完美解決了以上兩大難題。汽車用熱成型鋼的成分、性能及制造工藝介紹如下：
熱成型鋼板的成分和性能
高強鋼家族（右下的PHS為熱成型用鋼）
汽車上使用的熱成型鋼板我們又叫做硼鋼或B鋼，寶鋼的產品手冊當中也叫PH鋼（Press Hardening）。我們看一下熱成型鋼的化學成分，以常用的22MnB5為例：C 0.23%，Si 0.25%，Mn 1.2%，然后 B 0.003%，其他元素請查看下圖。B元素的主要作用是提高鋼板的淬透性。
下面以寶鋼熱成型用鋼HD950/1300HS為例，說明一下熱成型鋼的性能，HD950/1300HS熱處理前YS（屈服強度）為280-450MPa，TS（抗拉強度）大于450MPa，斷后延伸率20%，這幾項參數非常像HC340/590DP的性能參數。但是熱處理之后YS大于950Mpa，TS大于1300MPa，強度提升至少2.5倍。
白車身上使用熱成型鋼板的主要零部件有：A柱、B柱、C柱、上邊梁、門檻邊梁、中央通道、地板橫梁、前圍板等。這些車身關鍵骨架件使用熱成型件，能在碰撞事故中有效保證車身框架結構的完整性，從而保護乘客。
熱成型件制造工藝流程
熱成型鋼加工時間線
1.
展開 為了達到小角度偏置碰的要求，最簡單直接的方法就是把A柱加強板和門檻加強板的材料都改為熱成型鋼，這是目前大多數車型的解決方案。
但是，熱成型鋼板電阻點焊的焊點強度是有限的。研究表明，焊點周邊的塑性環是應力集中區域，是點焊結構強度和疲勞強度的破壞區，也是點焊結構疲勞壽命的起裂點[3-4]。圖6（a）是熱成形鋼點焊金相圖，中間區域是焊點內核，白色邊界外偏黑的區域是塑性環。通過試驗數據可以看到，塑性環的硬度不到400HV，低于熱成型鋼基板的硬度（500HV），如圖6（b）所示。
而激光焊縫的硬度達到500HV左右，接近熱成型鋼基板的硬度，而且超過熱成型鋼的硬度標準的最低要求（410HV），如圖7所示。
熱成型板材的激光焊使用填絲焊工藝，其焊縫位置厚度要厚于基板的厚度。
展開 目前熱成形鋼的發展趨勢主要集中在提高延性上，同時，新鋼種的設計也克服了表面過度氧化，避免了沖壓模具冷卻系統的復雜性。這種新型鋼及相應的成形技術被稱為低溫熱成形或熱沖壓技術，克服了傳統熱成形鋼的缺點。本文研究了不同退火溫度后的微觀結構特性和力學行為。結果表明，其微觀結構和力學特性與退火溫度有很大的關系。這些結果表明，當罩退退火溫度在570-630℃之間時，鋼的抗拉強度超過1400MPa，總伸長率為9%。在690℃以上，拉伸強度和總伸長率明顯下降。這些惡化的力學性能可以歸因于先前的奧氏體粒尺寸和板條馬氏體分數的增加。
Keywords: Low temperature hot forming; Medium-Mn; Microstructure; Mechanical characteristics
1. Introduction
目前，由于汽車車身輕量化和提高被動安全性的需求，促使汽車行業持續開發新的材料和制造工藝。熱沖壓是一種結合了成型和淬火工藝，用以生產超高強度汽車結構件的創新且有效方法，如汽車A柱、B柱、車頂梁、保險杠等 [1,2]。在熱沖壓生產過程中，將硼鋼放到800-950℃的加熱爐中保溫3-10分鐘，使其充分奧氏體化，然后迅速轉移到模具中，成形和淬火同時進行，并最終獲得具有超高抗拉強度的全馬氏體組織構件[3,4]。22MnB5（抗拉強度在1300MPa以上）是近幾十年來在熱沖壓生產中最常用的硼鋼。近年來，一種抗拉強度超過1800 MPa的新型熱沖壓鋼被開發出來，用以取代部分傳統的熱沖壓鋼。
展開 隨著增材制造(AM)技術的發展，基于激光熔覆和快速成型技術的快速修復技術逐漸發展起來，如激光立體成型(LSF)和直接能量沉積(DED)技術。激光立體成型(LSF)技術可以快速制造和修復性能優越的高強度鋼零件，但加工過程中的熱輸入難以量化，對零件的組織和力學性能有很大影響。精確控制熱輸入，探索熱輸入與組織和力學性能的關系，是提高低合金鋼零件成型效率和質量的有效途徑。為了實現零件的完美修復和再制造，準確地了解熱輸入與修復區和熱影響區組織和力學性能之間的關系非常重要。
南昌航空大學的研究人員采用LSF技術制造了34CrNiMo6高強鋼，用無量綱數反求出了LSF過程中所用的實驗參數。觀察了LSF零件的微觀組織差異；研究了熱處理前后硬度、強度、伸長率等性能的變化；闡明了熱輸入對高強鋼LSF的綜合影響。
展開 一般汽車的B柱都使用超高強度的熱成型鋼來制作，它可以說是汽車上最堅硬的部分。
在某些車型上，采用了無B柱設計，比如大多數的兩門跑車、寶馬i3等，這些車型會重新優化車門與車身的結構設計，增強A柱的強度，增加防滾架等，總之要補償B柱缺失造成的缺陷。不過這樣的車型的側面碰撞試驗成績一般都不太好，駕駛員有胸部受傷的危險。
最后我們再來看看汽車的C柱。所謂的C柱，是指后風擋玻璃兩側的立柱。我們坐在汽車后排，頭枕兩邊的大柱子就是它。它的作用一方面是連接車頂與車身，另一方面也會在汽車后部碰撞中承擔一定的碰撞能量，保護乘員艙的結構安全。不過汽車后部結構件較多，需要C柱承擔的碰撞能量并不大，因此它一般只是用普通的高強度鋼制造，很少有使用熱成型鋼的。
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第一步：模型導入與幾何清理
時間：9:00 - 9:45
1.1 CAD模型導入
李工從產品研發部門獲取了車門總成的Catia模型，包含：
車門內板（厚度1.2mm，DC06鋼）
車門外板（厚度0.8mm，DC06鋼）
車門防撞梁（厚度2.0mm，B1500HS熱成型鋼）
窗框加強板
目前熱成形鋼的發展趨勢主要集中在提高延性上，同時，新鋼種的設計也克服了表面過度氧化，避免了沖壓模具冷卻系統的復雜性。這種新型鋼及相應的成形技術被稱為低溫熱成形或熱沖壓技術，克服了傳統熱成形鋼的缺點。本文研究了不同退火溫度后的微觀結構特性和力學行為。結果表明，其微觀結構和力學特性與退火溫度有很大的關系。這些結果表明，當罩退退火溫度在570-630℃之間時，鋼的抗拉強度超過1400MPa
[3] 王棟,劉淼,王光耀,等.基于LS-DYNA的熱成型鋼斷裂失效預測研究[J].固體力學學報, 2018, 39(2):197-202.
[4] 許偉,方剛,張鈞萍,等.面向汽車碰撞安全的熱成形鋼斷裂失效表征與驗證[J].塑性工程學報, 2020, 27(6):121-128.
熱成型鋼的出現完美解決了以上兩大難題。
而激光焊縫的硬度達到500HV左右，接近熱成型鋼基板的硬度，而且超過熱成型鋼的硬度標準的最低要求（410HV），如圖7所示。
不過汽車后部結構件較多，需要C柱承擔的碰撞能量并不大，因此它一般只是用普通的高強度鋼制造，很少有使用熱成型鋼的。
而先進高強度鋼熱成型技術在汽車領域的應用，可以很好的解決汽車輕量化后仍能保持良好的防碰撞性能的問題， 而且成形后的零件具有基本無回彈、精度高、成形質量好等優點 。
其中，非重要傳力件用普通鋼，與剛度相關的用高強鋼或先進高強鋼，與碰撞相關的用熱成型鋼，在汽車用鋼上逐步向高強度化方向發展，以減少鋼板厚度的方式來減輕車重，這也是當前車企“減重”的最主流方式。
而除了使用質量更輕的超強鋼外，鋁合金、鎂合金、鈦合金、碳纖維復合材料等也開始代替傳統的普通鋼材料，更多地被設計者用于車身各方面上，可以說車用材料迎來新的發展機遇。
其中55%為超高強度鋼，抗拉強度1500Mpa的熱成型鋼占比11%。
海通國際分別從外觀、操控、安全、性價比、續航情況來解析這臺比亞迪“元”。海通汽車實驗室詳細地在報告中呈現了這輛電動車的每一個部件，包括車身結構件、底盤、座椅、線束、多媒體系統、組合儀表、熱管理系統、電池系統、電驅系統等等。
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