东北大学钢铁共性技术协同创新中心盛鹏配资
2024年度成果展示
东北大学钢铁共性技术协同创新中心（以下简称“中心”）新一轮建设启动以来，紧紧围绕铁矿资源绿色开发利用、低碳炼铁、高效炼钢-连铸、高端特殊钢、先进热轧工艺、先进冷轧工艺、短流程、数字化、汽车用钢九大研发方向，攻克了一系列行业关键共性技术难题，填补了多项行业技术空白，建成了多个产业示范基地，实现了多项科技成果转化，引领行业不断向高端化、智能化、绿色化方向发展。为全面展示2024年度中心取得的创新成果，本报特组织该专题，以飨读者。
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研究背景与总体任务目标
新能源汽车通过采用电池替代传统发动机实现了动力系统的革新，但整车重量的增加不可避免地导致能耗上升，进而对车辆的续航里程构成挑战。因此，新能源汽车轻量化的需求紧迫性愈发凸显。轻量化并非简单地追求减重，而是在确保车辆安全性能、刚度以及其他关键性能指标不受影响的前提下，通过优化设计来降低车辆重量。一体式激光拼焊热成形门环作为一种高效的轻量化解决方案，受到了业界的广泛关注。在钢铁共性技术协同创新中心新一轮建设期内，东北大学新一代超轻量化钢制车身技术方向易红亮教授团队研发出2000MPa一体式激光拼焊门环技术，该技术是对传统一体式门环的一次重大技术突破，不仅在技术领先性上迈出了重要一步，同时在提升车辆安全性及促进低碳环保方面也展现出了明显优势。
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解决的关键共性技术内容
2.1 2000MPa高韧性铝硅镀层热冲压钢材料研发
2000MPa一体式激光拼焊门环采用超高强度钢材，其抗拉强度达到2000MPa盛鹏配资，是普通钢材的数倍。这种材料具有微观结构致密、抗变形能力强的特点，能够在车辆碰撞瞬间承受巨大的冲击力，为乘员赢得逃生空间。然而，高强度与韧性的平衡成为核心挑战。强度的提升往往伴随着韧性的妥协，如何在追求2000MPa强度的同时，确保钢材在碰撞瞬间能够有效且持续地吸收能量，避免瞬间碎裂，保持必要的韧性，成为亟待解决的关键问题。
2.2 2000MPa铝硅镀层热冲压钢激光拼焊技术研发
激光拼焊技术采用高能量密度的激光束作为热源，精确地将具有不同强度和厚度的钢材熔合在一起。在2000MPa一体式激光拼焊门环的制造过程中，焊缝的质量要求极为严格，不容许一丝缺陷的存在。因为所用钢材具有极高的强度，焊缝必须展现出相应的强韧性，以避免在承受巨大外力时成为结构的薄弱环节。
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技术路线与实施方案
3.1 2000MPa高韧性铝硅镀层热冲压钢材料研发
研究团队基于前期纳米析出韧化2000MPa级热冲压钢技术，通过添加0.3%-0.6%的Al元素，提高马氏体相变结束温度，抑制孪晶马氏体生成，得到以位错马氏体为主的组织。同时，Al还可与N结合生成固析AlN夹杂物，其尺寸远小于TiN，从而避免了因大尺寸夹杂物导致的韧性下降。这一创新策略成功地在确保2000MPa级材料高强度的同时，也实现了韧性的提升，从而在材料的高强度与韧性之间达到了一个理想的平衡状态。
3.2 2000MPa铝硅镀层热冲压钢激光拼焊技术研发
研究团队实施焊缝微强韧化策略，通过自主开发的焊丝成分，在焊接环节中向焊缝有效引入必要的合金元素，确保了焊缝在2000MPa强度等级下兼具高强度与高韧性。进一步地，团队集成了激光拼焊生产线的视觉检测功能，以控制焊缝熔池缺陷。同时，制定了优化的门环焊缝间隙分配方案，并结合动态变间隙填丝焊接技术，实现了对焊缝缺陷的精确调控，有效确保了焊缝的整体质量。
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落实产业与实施效果盛鹏配资
随着2000MPa一体式激光拼焊门环技术的日益成熟，其产业化应用已具备可行性。为促进该技术向产业化阶段迈进，采取了以下策略：首先，东北大学科技成果转化孵化成立科技创新企业江苏育材堂车身技术有限公司，并引进了瑞士苏泰克激光拼焊生产线，以实现该技术的规模化生产；其次，通过与主机厂建立深度合作关系，并在行业展览会上展示2000MPa一体式激光拼焊门环的技术特性和应用成效，有效提升了品牌的市场认知度和影响力；最后，在继续深耕新能源汽车领域的同时，也积极探索该技术在传统燃油车等领域的应用潜力，以进一步拓宽市场应用范围。2000MPa一体式激光拼焊门环技术的产业化应用取得了显著的实施效果。
4.1 安全升级：全方位守护
在正面碰撞场景中，2000MPa一体式激光拼焊门环扮演着至关重要的角色。当车辆高速正面撞击障碍物时，巨大的冲击力迅速传递至车身前端。此时，门环结构预设的吸能区域能够迅速响应，通过塑性变形逐步耗散碰撞能量。通过合理的结构设计，门环引导碰撞能量沿预设路径分散，避免能量局部过度集中，确保车身受力均匀，有效减轻乘员舱的变形，为驾乘人员的头部、胸部等关键部位保留充足的安全空间，同时确保车门能够正常开启，为车内乘员开辟出一条生命通道。
在侧面碰撞场景中，由于车身侧面缺乏如前保险杠、前纵梁等大型缓冲组件，乘员舱更易遭受直接冲击，危险性显著提升。2000MPa一体式激光拼焊门环的引入极大改善了这一状况。以侧面柱碰为例，当车辆侧面撞击固定柱状物体时，门环采用的高强度钢材凭借其出色的抗变形能力，有效抵御侧面猛烈撞击。特别是B柱，作为侧面防护的关键部位，采用2000MPa超高强度钢材的区域能够显著抑制侵入，保持乘员舱侧面结构的完整性。同时，门环与车身其他结构件紧密配合，构成一个全面的侧面防护系统，迅速分散碰撞能量至整个车身，防止因局部受力过大导致车门严重凹陷，为乘员提供可靠的侧面安全保护，显著提升车辆在侧面碰撞中的安全性。
在车辆翻滚场景中，车身需承受来自多方向的复杂冲击力，对结构的整体性和强度提出了极高要求。2000MPa一体式激光拼焊门环凭借其一体化设计和超高强度，为车身在翻滚过程中提供坚实的支撑。它确保车身各部分紧密相连，协同受力，有效防止车身结构在翻滚时断裂或严重变形，维持乘员舱的基本形态，为驾乘人员创造一个相对安全的生存空间，大幅提高在翻滚事故中的生存几率。
4.2 低碳赋能：汽车行业的绿色新篇
2000MPa强度级别的一体式激光拼焊门环，在确保安全性能不妥协的前提下，显著降低了所需材料的厚度。此外，通过一体化设计，消除了传统门环组件中依赖点焊连接的搭接边，进而实现了车身重量的有效减轻。
2000MPa一体式激光拼焊门环在节碳减排方面的贡献不仅局限于车辆的使用阶段，其生产制造过程同样表现出显著的低碳环保优势。所研发的高韧性铝硅镀层热冲压钢，通过采用创新的镀层减薄技术，成功克服了传统铝硅镀层热冲压钢所面临的加热效率低下、镀层液化粘辊、韧性欠缺以及延迟开裂等难题。镀层的减薄不仅提升了加热效率，减少了镀层材料（铝）的使用量，而且从实现“双碳”目标的角度来看，这一改进大幅度降低了生产过程中的电能消耗以及铝原料提炼相关的碳排放，彰显出明显的环境效益。
此外，激光拼焊技术本身作为一种绿色高效的制造工艺，相较于传统点焊工艺，展现出了更高的能量利用率和更低的电能消耗。其高精度焊接特性有效减少了焊接缺陷，降低了废品率，从而避免了返工和报废所带来的额外能源消耗与材料浪费。在生产线上，自动化激光拼焊设备的应用进一步优化了生产流程，提升了生产效率，减少了人工操作环节的能源消耗，为汽车制造行业的绿色低碳转型提供了坚实的技术支撑。
4.3 车企应用：纷纷布局的热门技术
在汽车行业激烈的竞争环境中，技术创新已成为企业抢占市场先机的重要驱动力。2000MPa一体式激光拼焊门环，凭借其出色的安全与环保特性，已成为众多汽车制造商竞相采用的前沿技术，引领着整个行业的发展趋势。
岚图汽车作为行业的领军者，在2024年（第十七届）国际汽车轻量化大会上，与江苏育材堂车身技术有限公司共同推出了全新的2000MPa激光拼焊门环。搭载这一技术的车辆，能够轻松通过全球最新的安全碰撞测试标准。具体而言，碰撞速度提升了20%，壁障质量增加了11%，碰撞能量提高了63%，均能满足CIASI-GOOD和C-NCAP五星标准，显著增强了岚图汽车的安全性能。
在双侧64km/h的小偏置碰撞测试中，门环结构保持完好无损。得益于超级吸能区和超级防御区的协同作用，B柱区域下段能够有效吸收碰撞能量并发生形变，而上段则采用2000MPa热成形钢，显著降低了侵入量。乘员生存空间大于280mm，超出标准要求50%以上，为乘员的躯干和头部提供了有效保护。此外，在车顶静压测试中，全新门环的强度达到了120kN以上，相当于能够承受一辆轻型坦克的重量，进一步验证了其卓越的结构强度。
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结语
2000MPa一体式激光拼焊门环的引入，不仅显著增强了车辆在紧急情况下的乘员保护能力，提升了出行安全性，同时，加速了汽车产业向绿色低碳方向的转型。展望未来，随着材料科学与制造工艺的不断进步，2000MPa激光拼焊门环技术预计将会更加成熟，并得到更为广泛的应用，从而引领汽车行业步入一个更加安全、低碳的新纪元。此外，更高强度材料如2200MPa、2400MPa等的研发与应用，也将进一步推动整车安全性能的提升，共同塑造一个更加安全、绿色、优质的汽车出行未来。
《世界金属导报》
2025年第15期 B04
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