歐盟、美國(guó)以及其他一些國(guó)家正在不斷要求通過(guò)立法來(lái)減少汽車的溫室氣體排放量，對(duì)汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，其面臨的要求顯著減輕產(chǎn)品重量的壓力大大增加，這已經(jīng)演變?yōu)橐粋€(gè)全球性的趨勢(shì)。同時(shí)，對(duì)性能和碰撞安全性的需求也不斷增加。

　　過(guò)去為滿足這些需求，已經(jīng)大大增加了汽車的重量。在解決這些相互矛盾的要求的同時(shí)，還要考慮成本，這對(duì)研發(fā)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，鋼鐵行業(yè)正在通過(guò)研發(fā)新產(chǎn)品以及改進(jìn)加工技術(shù)，來(lái)助力于應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

　　在過(guò)去的十年中，熱沖壓車身部件技術(shù)已經(jīng)從一種小眾技術(shù)發(fā)展為目前應(yīng)用高強(qiáng)度鋼來(lái)減重所不可或缺的技術(shù)。通過(guò)將這一技術(shù)應(yīng)用于高強(qiáng)度鋼，使得車輛重量顯著減輕。當(dāng)然，鋼鐵制造商在錳硼鋼領(lǐng)域的研發(fā)工作是一個(gè)先決條件。

　　新的挑戰(zhàn)

　　從用戶角度來(lái)看，越來(lái)越廣泛地使用這些錳硼鋼及其改進(jìn)的涂層通常會(huì)對(duì)熱沖壓工藝鏈特別是對(duì)激光技術(shù)提出各種全新的挑戰(zhàn)。與以前使用的冷沖壓鋼相比，錳硼鋼所需要的加工條件不同，其不同的特性取決于每一處理步驟的碳含量，尤其是在熱量的影響下，需要相應(yīng)的工藝發(fā)展。

　　這涉及到使用激光器，從生產(chǎn)焊接錳硼鋼板坯料（也就是Hotform坯料）開(kāi)始。這些坯料由激光焊接生產(chǎn)，以不同的材料厚度大量制造，也可以與其他鋼種組合。從冶金的角度來(lái)看，必須要提到因含碳量高和快速冷卻而由馬氏體形成引起的硬化效應(yīng)。然而，這種硬化并不會(huì)給后續(xù)的熱沖壓處理帶來(lái)破壞性影響，因?yàn)闋t內(nèi)溫度高于奧氏體化溫度（AC3）以及隨后的沖壓過(guò)程中模具的冷卻速率，導(dǎo)致在整個(gè)部件生成了均勻的馬氏體微觀結(jié)構(gòu)，包括激光焊接（圖1）。不過(guò)，眾所周知，邊緣整理、幾何精度和涂層是激光焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

　　在上述熱沖壓鋼的情況下，人們?cè)跔t中使用高熔點(diǎn)的鋁硅（AS）涂層來(lái)保護(hù)鋼。然而，這給激光焊接金屬礦床帶來(lái)不利影響，所以必須在焊接工藝之前移除涂層。在這種情況下，激光器已被證明是一個(gè)成功的高能率工具。在生產(chǎn)設(shè)備中，調(diào)Q激光器能夠?qū)⑼繉訌呐髁线吘壨耆瞥?。另外，激光誘導(dǎo)等離子體光譜（LIPS）工藝被用于質(zhì)量監(jiān)控。在這個(gè)過(guò)程中，脈沖長(zhǎng)度在納秒范圍內(nèi)的Nd ： YAG激光器轟擊要去除涂層的坯料區(qū)域，并使用光譜法分析所產(chǎn)生的金屬蒸汽等離子體以測(cè)定鋁的含量。另一個(gè)可行的方法是在隨后的激光焊接工藝中監(jiān)測(cè)焊接等離子體。

　　其他途徑

　　除了上述Hotform 坯料使用，熱沖壓其他方面也在不斷發(fā)展，以滿足碰撞所要求的功能強(qiáng)度。相關(guān)的工藝包括定制的回火（在模具中的冷卻速度是變化的）和爐技術(shù)（模壓淬火工藝允許有不同的初始溫度）。這兩個(gè)工藝會(huì)在部件中產(chǎn)生不同的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域（圖2）。

　　另一種方法是在熱沖壓之后來(lái)產(chǎn)生這些不同的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域。其優(yōu)點(diǎn)在于大大增加了部件配置的自由度。實(shí)現(xiàn)方法包括硬化未硬化的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域和軟化已硬化的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域。在一個(gè)由德國(guó)聯(lián)邦教育與研究部資助的名為“通過(guò)局部熱處理薄板材以提高形成和功能特性”的項(xiàng)目中，這已被感應(yīng)技術(shù)和激光技術(shù)有效地證實(shí)。激光材料處理采用線性二極管激光器，這種激光器也用于硬化高碳工具鋼。這種配置能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的3D功能和高表面處理速度。

　　在熱沖壓工藝鏈下游的步驟中，在大多數(shù)情況下需要對(duì)部件進(jìn)行裁剪。由于傳統(tǒng)機(jī)械微調(diào)操作中的高硬度和相應(yīng)的高耐磨特性，所以應(yīng)該在未硬化的微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行這種操作。在以往這種操作通常不可行，但激光作為一個(gè)“無(wú)磨損”的工具已經(jīng)被廣泛證明是成功的，盡管產(chǎn)量較低。在其他應(yīng)用比如切割坯料大小中，和使用機(jī)械壓力相比，使用激光進(jìn)行裁剪有很多優(yōu)勢(shì)：

　　● 投資成本更低；

　　● 每一部件成本更低；

　　● 開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)靈活性更高并可以小批量運(yùn)行；

　　● 部件變化時(shí)設(shè)置時(shí)間更短；

　　● 優(yōu)化的存儲(chǔ)成本和批量大??；

　　● 在加工高強(qiáng)度鋼時(shí)無(wú)磨損接觸切割。

　　產(chǎn)量較低的主要原因是切割速度。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，用戶青睞各種具體的解決方案，從工藝與設(shè)備修改的并行處理到遠(yuǎn)程激光切割的新發(fā)展。

　　在熱沖壓錳硼鋼工藝中，最后使用激光器的步驟是在焊接白車身（BIW）生產(chǎn)線上。在這里，激光焊接已經(jīng)確立了和傳統(tǒng)方法如電阻點(diǎn)焊并肩的地位。應(yīng)該指出的是，在焊縫沉積區(qū)，高的冷卻速度又導(dǎo)致馬氏體的形成，從而決定了與部件硬化條件對(duì)應(yīng)的硬度和強(qiáng)度級(jí)別。在焊接過(guò)程中，硬化的基體金屬存在熱輸入是有問(wèn)題的。這將導(dǎo)致熱影響區(qū)域的回火效應(yīng)，以及在部件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的冶金缺口。圖3是焊接硬化錳硼鋼的激光束的硬度分布（MBW1500 + AS）。

　　總之，激光技術(shù)的使用給熱沖壓工藝鏈帶來(lái)了高效的解決方案，極大地促進(jìn)了熱沖壓的廣泛使用。