無錫不銹鋼板：蒂森克虜伯在汽車領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新
蒂森克虜伯高度關(guān)注汽車工業(yè)發(fā)展趨勢，憑借其在汽車材料供應(yīng)、高端零部件制造等方面的技術(shù)優(yōu)勢，在汽車輕量化、電氣化、節(jié)能、安全性、舒適性等方面發(fā)揮了重要作用。在汽車用鋼方面，蒂森克虜伯從生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)工藝、解決方案等方面進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)了TAKO冷軋機(jī)組（特色是在新型高科技串列式軋機(jī)后，配置1條酸洗線，生產(chǎn)極寬極薄高品質(zhì)帶鋼）、熱成型淬火工藝、激光拼焊板、鋅鎂涂層等新型涂層、InCar項(xiàng)目等獨(dú)特先進(jìn)技術(shù)。
整體解決方案提升服務(wù)
以下列舉了InCar項(xiàng)目鋼鐵亮點(diǎn)解決方案，該項(xiàng)目為汽車提供了車身、動(dòng)力系統(tǒng)和底盤創(chuàng)新解決方案，是蒂森克虜伯有史以來規(guī)模最大的汽車工程創(chuàng)新研發(fā)項(xiàng)目。蒂森克虜伯在歐洲和亞洲的14家工廠中開展項(xiàng)目研發(fā)，取得了30多項(xiàng)創(chuàng)新成果，引領(lǐng)汽車結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。
鋼和塑料混合底盤。底盤由鋼和玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成，與傳統(tǒng)底盤相比，具有相同的疲勞強(qiáng)度，但減重20%—30%。
LCKⅡ后副車架。采用熱軋多相鋼CP800，屈服強(qiáng)度680MPa。鋼質(zhì)后軸僅比類似的鋁質(zhì)設(shè)計(jì)重4%，但成本降低50%。單車全生命周期內(nèi)CO2排放降低120kg。
底盤零部件。包括TTSaSpring彈簧（通過熱成形使強(qiáng)度和韌性顯著改善）、新型管狀穩(wěn)定器、最優(yōu)減重的麥弗遜懸架和各種附加部件。
先進(jìn)車門。車門內(nèi)側(cè)高度集成，車門外板采用輕薄高強(qiáng)雙相鋼。幾乎所有的加強(qiáng)件都集成在車門內(nèi)側(cè)，這樣可減少部件和鏈接操作。該方案可使車門減重11%，且提升了碰撞性能，但不增加成本。單車全生命周期內(nèi)CO2排放減少109kg。
剛度增強(qiáng)型三明治材料車頂方案。頂蓋外板采用剛度增強(qiáng)型三明治材料，該材料是由0.20mm和0.30mm板厚的表面鋼板粘結(jié)0.40mm厚的高分子聚合物中間層構(gòu)成。高分子聚合物夾層的密度為1.03g/cm3。該方案比鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)車頂減重38%（7.29kg），整體成本高出33%，輕量化成本達(dá)到135歐元/千克。
不等溫?zé)岢尚蜝柱。B柱采用熱成形鋼MBW1900，應(yīng)用不等溫?zé)岢尚渭夹g(shù)在特殊模具中成形，成形模具受溫度控制。成形過程中，B柱上部迅速冷卻，以使B柱上部延伸率達(dá)到5%，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1900MPa；B柱下端通過加熱使冷卻速度變得緩慢，以使B柱下部延伸率達(dá)到15%，抗拉強(qiáng)度達(dá)到700MPa。該B柱具有跟同類車型一樣的碰撞性能，但重量減輕了22%，成本降低了9%，產(chǎn)品在全生命周期中CO2排放降低122kg。
T3型管前縱梁。基于蒂森克虜伯研發(fā)的T3型管技術(shù)，T3型管前縱梁由兩個(gè)高強(qiáng)雙相鋼沖壓零件焊接而成，該設(shè)計(jì)能夠減重27%，降本13%，單車降低CO2排放126kg。
卡車解決方案。InTruck項(xiàng)目提供卡車車身、底盤、動(dòng)力系統(tǒng)、駕駛室和掛車的創(chuàng)新解決方案。蒂森克虜伯歐洲鋼鐵部設(shè)計(jì)、模擬了有代表性的卡車駕駛室，通過分析、比較所選材料指定性能，優(yōu)化材料性能和開發(fā)材料潛在性能。其中，卡車前端防撞系統(tǒng)可使系統(tǒng)減重40%，且安全性更高。該系統(tǒng)核心部件是1個(gè)緩沖器和2個(gè)安裝在緩沖器后的撞擊箱。緩沖器由屈服強(qiáng)度為1600MPa級的硼合金熱處理鋼制成，撞擊箱由雙相鋼制成，雙相鋼的高殘余延伸率使撞擊能量以受控方式吸收。
以此同時(shí)，蒂森克虜伯開發(fā)和制作了用于裝載電池的StreetScooter純電動(dòng)汽車。對于和碰撞相關(guān)的部件，蒂森克虜伯采用了高強(qiáng)輕質(zhì)鋼材和其他具有高強(qiáng)度和高延伸率性能的材料。在發(fā)生碰撞時(shí)，這些材料可以有效地吸收沖擊能量。
成型工藝創(chuàng)新
熱成型淬火工藝。蒂森克虜伯開發(fā)熱成型淬火工藝是一項(xiàng)創(chuàng)新型技術(shù)，可使汽車生產(chǎn)商省去一些加工步驟和零部件。該技術(shù)僅通過一次操作，就可在一塊激光拼焊板的指定區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)不同強(qiáng)度或韌性的熱成型部件。以B柱為例，B柱上2/3部分有足夠的強(qiáng)度以保護(hù)碰撞中的乘客，下1/3部分有足夠的韌性以吸收沖擊能量。新技術(shù)在于成型模具的不同區(qū)域有不同冷卻速率。采用熱成型淬火工藝生產(chǎn)汽車零部件重量減輕17%，成本降低12%，汽車行駛中的CO2排放減少13%。
同時(shí)，這種熱成型淬火工藝已經(jīng)取得了工業(yè)突破。某德國汽車公司每年訂購的用這種工藝生產(chǎn)的B柱，在超過10萬輛車上得到應(yīng)用。
新型熱成型模具。新型熱成型模具使材料在模具的不同區(qū)域有不同冷卻效率，可用于生產(chǎn)在指定區(qū)域有特定強(qiáng)度和韌性的激光拼焊零部件。
熱成型工藝應(yīng)用研究。蒂森克虜伯于2013年致力于開發(fā)專門用于熱成型產(chǎn)線的高產(chǎn)能、節(jié)能型沖壓機(jī)，以及用于模擬熱成型生產(chǎn)和工藝開發(fā)的熱成型模擬工藝。
近凈成型管材生產(chǎn)工藝。增加管狀件的使用被視為未來汽車減重的關(guān)鍵，蒂森克虜伯近凈成型管材生產(chǎn)工藝基于T3技術(shù)，可減少管材加工工序，從而實(shí)現(xiàn)汽車減重和降本。該技術(shù)也可用于傳統(tǒng)深沖模具。
鋼鐵材料研發(fā)增強(qiáng)性能
高強(qiáng)度汽車用鋼。熱成型鋼MBW—K1900開發(fā)成功是蒂森克虜伯錳硼鋼系統(tǒng)化開發(fā)的又一個(gè)創(chuàng)新。MBW—K1900鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到2000MPa，而目前常用的熱成型鋼抗拉強(qiáng)度為1500MPa，因而可使汽車結(jié)構(gòu)件減重15%。
蒂森克虜伯與日本JFE公司合作，開發(fā)了780MPa—900MPa級新型納米沉淀熱軋鋼，使成型性能得到顯著提升，且更易于加工，主要用于汽車車身與安全相關(guān)的結(jié)構(gòu)件。該鋼種的性能通過特殊納米沉淀微觀結(jié)構(gòu)獲得，初期的客戶試驗(yàn)已取得成功。同時(shí)，蒂森克虜伯還開發(fā)了980MPa級DP—K60/98雙相鋼。
激光拼焊板。蒂森克虜伯將激光拼焊工藝用于厚板生產(chǎn)，將不同強(qiáng)度級別和厚度的厚板焊接在一起，開發(fā)了激光拼焊厚板，應(yīng)用于卡車、起重機(jī)和礦山機(jī)械。使用激光拼焊厚板可實(shí)現(xiàn)減重并降低生產(chǎn)成本。
不銹鋼和雙相鋼激光拼焊板是用激光拼焊工藝將不銹鋼和雙相鋼焊接在一起，極窄的焊縫能夠承受加工過程中的成型力和使用中的碰撞力等。蒂森克虜伯后續(xù)還將開發(fā)不同鋼種的激光拼焊帶，生產(chǎn)重量、強(qiáng)度和成本最佳的汽車零部件。
電工鋼。蒂森克虜伯的330—30AP無取向電工鋼適用于在有限空間、高速和高溫環(huán)境下的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，該鋼種也適用于混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。同時(shí)，該公司還研制了降低變壓器噪聲的取向電工鋼。
其他材料。除此之外，蒂森克虜伯還研究了包含高強(qiáng)鋼和輕質(zhì)塑料兩塊薄面板的新型復(fù)合材料LITECOR、采用金屬與碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）的纖維復(fù)合材料、可在1000℃下使用的Ti—X鈦合金。與此同時(shí)，蒂森克虜伯還積極參加歐洲高科技材料研發(fā)項(xiàng)目——先進(jìn)材料仿真項(xiàng)目。
涂層工藝創(chuàng)新降低損耗
LubriTreat涂層工藝。蒂森克虜伯與潤滑油生產(chǎn)商合作，開發(fā)了LubriTreat新型涂層工藝，適用于各種熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板，能夠顯著提高鍍鋅鋼板的成型性能。而且，LubriTreat是環(huán)保型工藝，新的涂層不含重金屬，不添加鎳元素。此外，該工藝降低了成型過程中的摩擦力，從而降低了模具損耗和廢品率。
鋼材易成型新型涂層。蒂森克虜伯和德國石油公司合作，開發(fā)了一種新型涂層，使鋼材在沖壓模具中更易成型。該涂層如果直接應(yīng)用于鋼卷，在沖壓過程中可減少鋼材和沖壓模具之間的摩擦力，因此可省略部分沖壓處理工序。
多相鋼熱鍍鋅工藝。蒂森克虜伯表面工程技術(shù)中心開發(fā)出創(chuàng)新型多相鋼熱鍍鋅工藝，在連續(xù)卷涂過程中在高強(qiáng)多相鋼表面產(chǎn)生高質(zhì)量涂層。這項(xiàng)技術(shù)也可應(yīng)用于其他鋼材。
從蒂森克虜伯創(chuàng)新成果分析可知，其在汽車工業(yè)領(lǐng)域的鋼鐵技術(shù)創(chuàng)新具有如下特點(diǎn)：
創(chuàng)新思維和先進(jìn)分析能力高效融合。蒂森克虜伯的技術(shù)創(chuàng)新涉及工藝、材料、涂層、解決方案，以及材料性能的計(jì)算機(jī)仿真、材料生產(chǎn)在線監(jiān)測技術(shù)等諸多方面，是創(chuàng)新思維和先進(jìn)分析能力的高效融合。
材料表面工程領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。涂層和表面處理在鋼材生產(chǎn)中日益重要。蒂森克虜伯擁有世界先進(jìn)的材料表面工程研究機(jī)構(gòu)——多特蒙德表面工程技術(shù)中心（DOC），其成立目的是促進(jìn)開發(fā)全新的、能夠提供優(yōu)異性能的表面工藝和技術(shù)，如LubriTreat涂層工藝、多相鋼熱鍍鋅工藝、鋼材易成型新型涂層。
關(guān)注未來需求，常態(tài)化超前研發(fā)。蒂森克虜伯十分關(guān)注客戶的未來需求，進(jìn)行超前研發(fā)，開發(fā)創(chuàng)新型材料。如關(guān)注汽車未來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求開發(fā)330—30AP無取向電工鋼，關(guān)注汽車工業(yè)輕量化等需求開發(fā)熱成型鋼MBW—K1900等。常態(tài)化超前研發(fā)是蒂森克虜伯保持市場成功的基礎(chǔ)之一。
聚集跨學(xué)科優(yōu)勢促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。與外部優(yōu)秀研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)合作，聚集跨學(xué)科優(yōu)勢，開展應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究，提高了蒂森克虜伯技術(shù)創(chuàng)新能力。合作促進(jìn)了InCar、熱成型淬火工藝、激光拼焊板等一大批創(chuàng)新型成果的產(chǎn)生。