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美国钢板制造技术领先世界的NanoSteel超级钢板

汽车的车架结构通常都由钢板材料冲压而成,但随着各国对汽车燃效的要求日渐严苛,汽车行业不得不寻求新的材料方案。汽车业内的材料专家和学术界人士一直在致力于开发所谓的第三代高强度钢——即具有足够的物理强度,又拥有良好的成型性。

2016年4月21日,可以显著提升钢材轻量化能力,由NanoSteel与AK钢铁公司经过多年研发并联合生产的最新一代高强度钢(AHSS)交付通用汽车用于初期测试,该新型钢板为汽车制造商提供了材料性能的新标准,势必将加速车辆轻量化趋势,让制造商无需太多成本即可满足全球日益严格的燃油经济法规要求。


视频:1200Mpa/50%延伸率钢板

这次革命性的改变是它可以同时兼顾强度与延展性,可以达到1200Mpa抗拉强度同时也拥有50%的延伸率,它克服了传统钢板两者不能兼顾的弊端。高强度特性使设计师能使用更薄的材料来设计部件,使其变得更轻,而高延伸性可以使制造商无需诉诸昂贵的加工技术、员工再培训或额外资金就可生产出新设计的部件。两种性能的独特结合也让工程师有更多设计空间可以创造出新颖的部件形状,从而进一步减轻汽车重量。

图:第三代AHSS钢板的抗拉强度与延展性


如NanoSteel首席执行官David Paratore所讲,很多性能出众的高级材料要么因为太难使用,要么因为制造成本太高,最后都被弃之不用。但NanoSteel高级高强度钢另一个优势在于它极易于生产——使用传统合金元素和标准的钢板坯连铸设备,而且又易于使用——在室温下就可以进行部件冲压与成型,无需投入或正佳另外的制造设备,如‘”热“冲压件设备。



图:AHSS钢板生产流程


NanoSteel是一种拥有纳米结构的钢铁合金,纳米钢材在环境温度下具有很好的延展性,普通高强度钢在环境温度下非常脆,也就是说,纳米钢材拥有高强度钢所没有的冷成型(cold-forming)属性。



图:不同热处理状态下的晶间结构


NanoSteel纳米合金钢开发过程总共经历了20年左右,在研发过程中,其团队遇到了各种技术难题,如工程师将注意力集中在高强度钢的冷成型特性上时,他们发现,要提升这一能力则必须牺牲钢材的强度,一直到他们发现了纳米结构的形成机理,这种结构同时可消除钢材料的脆性,而且这种钢材料使用的是传统生产工艺并避免了使用特殊的合金材料。



图:高强度纳米结构的形成


从2012年以来,NanoSteel陆续开发出了强度/拉伸率分别为950MPa / 35%、1200MPa / 30%、1600MPa / 15%和1200Mpa / 50%的高强度钢。相信NanoSteel钢板的出色性能将使汽车制造商能以经济的方式满足不断变化的汽车设计要求,并在材料选择的战场中开启钢材料竞争优势的新时代。





关于NanoSteel

NanoSteel 是专注于设计和商业化专利钢材的高级材料公司,其研发的纳米级显微结构钢材具有出色的机械性能,公司的业务重心是以钢板形式用于汽车轻量型应用的专有合金。公司是2002年从美国能源部爱达荷国家实验室分拆而来,目前已研发了多代创新铁质材料,包括金属喷涂、增材制造用粉末及钢板等,获得300多项全球专利。




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