冷冲压1500和1700 MPa汽车钢

电动汽车和5星级碰撞性能推动采用更坚固的钢材

为了满足汽车行业实现高强度、轻量化车身结构以实现5星级碰撞性能的目标，汽车制造商计划进一步提高其对高强度先进高强钢/超高强度钢的使用。尤其是电动汽车，需要以新方式使用更高强度的材料，尤其是用于承载和保护其重型电池包。

多年来，1.5 GPa钢已经辊压成型，为汽车白车身应用制造相对简单的型材。但是现在，冲压技术的系统性进步为白车身设计师和生产工程师提供了机会，可以为中等复杂轮廓冷冲压1.5 GPa钢，而不只依靠热成形

冷成型在千兆帕钢中的优势

冷成型的优点：

1. 成本可减少28%： 由于热冲压的运营成本明显更高，冷成型工艺比热成型的成本要低得多。
2. 与热冲压相比，能耗大大降低，从而降低了能源成本和CO₂ 排放量。
3. 相较于热成型钢（PHS），马氏体钢具有更广的机械性能范围。
4. 冷成型马氏体零件的最终表面质量优于热冲压零件。
5. 冷冲压零件无需额外清洁（喷丸处理）。
6. 冷冲压零件可以进行机械冲孔和切边，而热成型零件需要更昂贵的激光切割操作，以避免氢脆。
7. 马氏体钢镀锌层可提供阴极防腐保护。
8. 由于马氏体钢的碳当量（Ceq 或 C.E.）较低，因而具有比 PHS 更好的焊接性能。

冷成型注意事项

1. 不能冷成型高度复杂的形状。
2. 必须对回弹及补偿进行规划，日本和其他国家已证明可以做到这一点： 请参见下一节以及下面的 " 回弹补偿 "。

资料来源 ： SSAB

日本在1.5 GPa冷冲压方面处于领先水平

" 与世界其他地区相比，日本模具制造商的模具和工装已经开发得更加完善，以适应加工1500 MPa钢所需的更高压力，同时还要控制回弹，" 具有30多年经验的日本汽车钢顾问Hiroshi Kondo指出： " 所有日本汽车制造商现在都在评估1500兆帕钢的冷冲压。"

Kondo继续说 :" 传统上，日本汽车制造商及其一级零部件供应商总是更喜欢冷冲压，而不是辊压成形或热冲压。冷冲压相比辊压成形的一个优势是，冲压可以让您更自由地选择零件的几何形状。

" 冷冲压相比热冲压还有各种优点。对日本汽车制造商来说，关键是能耗低、冲次时间短，当然，现在还减少了CO₂排放，所有这些都让人偏好冷冲压而不是热成形。"

哪些汽车构件可以在1.5 GPa下进行冷冲压？

对于1500M应用，冷冲压的潜在候选产品包括侧防撞梁、保险杠梁、横梁及其加强件。

“大多数门槛板、门槛板加强件、地板横梁和一些车顶梁都可以辊压成型，"SSAB汽车业务开发专家Kenneth Olsson说道 : “ 但是，有许多零件由于其形状而无法辊压成形。

虽然热成形始终是一个选择，"Olsson继续说道，" 但它更昂贵，速度更慢，如果你用化石燃料加热烤炉 – 就像大多数供应商一样 – 就会有CO₂排放，这与汽车制造商的可持续发展目标相冲突。因此，在1500 MPa的强度水平下进行冷冲压是一个激动人心、相对较新的发展。"

Kenneth Olsson

令人印象深刻的冷冲压1.5 GPa和1.7 GPa钢试验

KIRCHHOFF Automotive公司使用Docol^® 1500M和1700M牌号成功对侧防撞梁样件进行了冷冲压。上图所示为成型零件，下图所示为3点弯曲试验后的零件。

对于某些汽车零部件，提高强度已很简单

该侧防撞梁由Docol^® CR1150Y1400-MS-EG钢冷冲压而成，它在专为CR950Y1200T-MS-EG设计的批量生产模具中进行了试验并获得成功。SSAB的成形专家相信，使用CR1220Y1500T-MS-EG可以成功地对零件进行冷冲压。

冷成型避免了氢脆缺陷

在热冲压后，制造商必须非常小心地进行切边和冲孔操作，否则可能导致延迟断裂。因此，通常需要激光来对热冲压零件冲孔或切边 – 这些激光比传统机械工具更复杂、更昂贵。

冷成型时，冲压机可以使用传统的机械冲孔和切边模具，而不会出现延迟断裂的风险，即使是在1.5 GPa的钢材上也是如此。并且冷冲压模具切边和冲孔是常见的、快速且具有成本效益的工艺。

管理超高强度钢的冷冲压回弹

热冲压的两个主要优点是能够形成非常复杂的形状并消除回弹。但日本冲压零部件厂商和其他国家的公司已制订一系列策略来控制冷冲压零件的回弹：

1. 仿真： 成形仿真使设计人员可以优化零件的几何形状，以控制回弹，并提高冷冲压零件的最终精度。
2. 优化： 包括使用直折弯线和圆角（半径）设置。
3. 拉延筋： 拉延筋的形状和位置可实现更好的回弹控制。
4. 模具几何形状： 从较低屈服强度钢到较高屈服强度钢，如 CR1220Y1500T-MS，可能需要对模具的几何形状进行一些更改，以补偿较高的回弹。
5. 工具： 更好的模具材料，包括耐磨性和涂层，以应对更高的模具作用力。

其他专家对冷冲压超高强度钢的评价

正如《World Auto Steel》在其 马氏体钢网页上写的那样，马氏体钢为热成型钢提供了一种可冷成型的替代品。

使用冷冲压允许在模具加工时灵活考虑不同的策略，这有助于减少回弹或成形无法通过辊轧成形实现的零件特征。马氏体钢的冷冲压并不局限于变化平缓的简单形状。

《World Auto Steel》展示了一个冷冲压B柱的照片，上部分是CR1200Y1470T-MS，下部分是CR320Y590T-DP的拼焊板。他们继续写道：

一项研究表明，钢板屈服强度与帽形零件的3点弯曲变形之间存在相关性。根据屈服强度的比较 ... CR12001470T-MS具有与热冲压钢PHS-CR1800T-MB和PHS-CR1900T-MB相似的性能。厚度相同时，CR12001470T-MS性能超过常用的PHS-CR1500T-MB。如果采用适当的压机、工艺和模具设计，冷冲压方法可能会降低成本甚至重量。

文章接着展示一个在商业生产中采用马氏体1500 MPa钢制成的冷冲压横梁加强件：

该零件的不同高度以及最外边缘的非均匀截面有助于控制回弹，但如果不采用冷冲压工艺，而是辊轧成形的话难度明显更大。

本文最后引用了冷成型的1500T-MS顶盖中间横梁例子，该加强件使用获得专利的Stress Reverse Forming™工艺，通过降低回弹灵敏度来提高尺寸精度。

将1.5 GPa冷冲压与1.5 GPa热成形进行比较

精度： 由于没有回弹，因此热成型零件可以非常精确。采用冷冲压，全面的回弹管理是零件精度的关键。
零件形状： 热成型是高度复杂的零件形状的理想选择 – 尽管冷冲压在零件复杂性方面已取得令人印象深刻的进展。
单冲次时间： 冷冲压比热成型快得多。
能耗： 热冲压需要快速加热（达到 900°C）和快速冷却；冷冲压不需要，从而节省了资金和碳排放。
切边/冲孔： 1.5 GPa PHS零件需要激光切边和冲孔，以避免氢脆。另一方面，冷冲压1500 MPa零件可以在线进行机械冲切和冲孔。

KIRCHHOFF Automotive提供的照片。

1400M钢侧面防撞梁，在专为1200M钢设计的模具中成功冷冲压。

辊压成形： 更高强度

虽然冷冲压1.5 GPa零件相对较新，但（冷）辊压成型超高强度钢已普遍使用多年（日本以外的地方）。设计师和一级零部件供应商在辊压成型应用中越来越得心应手，不断突破形状的界限。

例如，Shape 公司设计了Docol^® CR1350Y1700-MS-UC钢，然后把它弯曲成该车顶纵梁，用于福特车型的批量生产。结果：构件重量轻、成本低且节能，由于A柱壁障更小，因此可提高车内乘员的视野。

3D辊压成型： 寻找到的问题解决方案？

3D辊压成型已被提议作为在超高强度钢中制造一些稍微复杂的几何形状的替代方法。

SSAB的碰撞性能专家提议在其 Docol^® 电动车设计概念中使用1700M钢的3D辊压成型来保护电池 。该设计利用3D辊压成型（" 波纹形 "）梁，以交织的网状布置，形成非常坚固的电动车电池外壳底座，其高度是此类结构的传统高度的一半。

汽车底板下方的蓝色横梁是电池外壳的网状结构。采用Docol 1700M材质的3D辊压成型梁的交叉分布使网状结构的高度降低了一半。

Docol^®CR1220Y1500T-MS冷成型性如何？

Docol^® 马氏体钢1500 MPa具有更好的冷成型能力，如下所示：

• 2.0 的深拉比
• 扩孔率通常为40%
• 保证4.0*t的弯曲
• 保证3.5*t的辊压成形

冷成型超高强度钢的下一步规划是什么？

SSAB仔细跟踪新型冷成型技术的引入和部署，了解冷成型效率 – 具有更短的单冲次时间、更简单的压机和更少的能源使用 – 与汽车制造商简化生产、降低成本和可持续性的目标非常一致。

我们鼓励白车身组件的设计师在您的产品开发早期就让我们的成形专家参与进来，以获得最佳结果。联系您当地的Docol^®代表， 明确您的项目目标和愿景。