高性能热成形马氏体钢的创新开发及应用过程。 汽车工业科技进步奖是我国汽车工业的最高奖励，近10年的汽车工业奖记录中来看，材料与工艺领域活动行业荣获一等奖，最早还要追溯到2012年。获得汽车工业科技进步奖一等奖代表着汽车行业的最高技术水平和创新能力。路洪洲博士表示在汽车智能化和电动化作为行业发展主要前沿方向的今天，以结构安全和轻量化为创新点的新材料和零部件技术能获得行业的高度认同，也说明了以下几点： 第一，材料工艺和轻量化技术仍有很大的创新空间，需要业内同仁群策群力、协同合作； 第二，从解决行业的痛点、难点问题以及终端用户需求着手并提出切实可行的解决方案作为研发和创新的切入点，是可以得到行业认可的； 第三，以解决存在的应用问题为目标，同时解决背后的科学问题，才能有更高水平的创新； 第四，国内外很多所谓的“成熟”技术，仍然有很多再创新的潜力可挖，通过自主原始创新也完全可以超越国外。 高性能热成形马氏体钢的开发与应用 最近的十年内，热成形钢和热冲压零部件已经得到了普遍应用，目前，每年全球的热成形零部件应用量已经达到了5亿件，中国的热冲压成形生产线已经达到了140条，极大地支撑了汽车的安全和节能减排。但事实上，22MnB5并非针对汽车使用开发的，最初用于农业机械，直到世纪80年代由萨博汽车首次用于汽车零部件制造。显然农业机械的使用需求和汽车零部件使用需求完全不同，尽管热冲压的设备、热成形零件工艺和设计进行过多次较大的革新，过去的30年22MnB5热成形材料基本没有变化，这为汽车的安全埋下了隐患。主要是 热成形零部件韧性不足的安全隐患和 氢致延迟断裂的安全隐患。比较典型的案例是装车的热冲压成形A柱加强件在整车碰撞时，在设定的侵入量范围内断裂，呈现出韧性不足的问题。或者门防撞件在三点弯曲抽检测试后24-48小时内开裂等，断口分析呈现出典型的氢脆断裂。这意味着一旦所使用的热冲压成形件存在弯曲吸能性能不足以及氢致延迟断裂问题，在汽车发生碰撞时，仅几百兆帕的冲击载荷就可以将原设计为1500MPa的热冲压成形零部件造成断裂，致使障碍物或者其他碰撞车辆等侵入乘员舱，造成伤害。如果事故认定为热冲压成形件脆断所致，其索赔和召回将给整车企业和热冲压成形企业造成不可估量的经济损失，同时也会对整个热成形产业造成深远的影响。 图片来源于网络 “高性能热成形马氏体钢开发及其在汽车安全件上的应用”项目团队对高性能热成形马氏体钢的开发及其在汽车安全件上的应用进行了系统研究。包括： 1）项目在传统热成形钢22MnB5基础上进行了Nb、V复合微合金成分设计，基于现代热力学理论分析了新材料的相变规律、第二相析出行为和连续冷却转变曲线，以及力学性能、微观组织和淬透性等实验结果，最终确定了0.03-0.05% Nb和V微合金化的成分优化方案。 2）项目针对22MnB5NbV的成分特点，合理制定了该钢种的炼轧工艺，包括RH精炼脱气、铸坯缓冷、热装、低温卷取等工艺技术，形成了22MnB5NbV热成形的全谱系板材产品，批量生产结果表明该钢种炼轧工艺良好。 3）项目系统研究了淬火态22MnB5NbV准平面应变状态极限尖冷弯、动态力学、冲击韧性、氢致延迟断裂和复杂应力状态下断裂特性。研究表明：该钢在保证强度的前提下，极限尖冷弯角达到70度，满足了奔驰和宝马对材料韧性的要求（冷弯角不小于60度）；在0.9倍抗拉强度的弯曲载荷和0.5mol/L盐酸环境中，该钢实现300小时不开裂，远超过22MnB5的氢致延迟断裂指标，通过精细的三维原子探针实验探讨了氢致延迟断裂的机理；建立了材料动态力学性能的BP神经网络模型，预测了材料在高应变速率中的流变特性与安全件碰撞吸能之间的关系。 4）项目基于材料淬透性的提升，采用热-力-相变耦合数学模型结合反凸模、压力均衡加载等先进技术，确定了该钢的热成形工艺，提高了热成形零件的成品率和生产率。 5）项目提出了基于安全服役工况的汽车热成形结构件材料性能-零部件功能-装车应用的正向开发体系。基于材料的动态吸能模型和以应力三轴度、洛德角为变量的三维断裂模型，预测了热成形B柱的三点静压和低速台车碰撞服役性能，并进行了实验验证；进行了22MnB5NbV热成形零件在目标车型的装车应用研究，在安全和轻量化可靠性上取得了良好的效果。