□ 罗 晔 曾雄峰
近年来，随着各国的油耗标准日益严格，电动车市场正在不断发展壮大。为了应对这一趋势，现代制铁公司正在全力打造安全、环保、超高强轻量化车身，同时在现代汽车集团的引导下，现代制铁正式推出了面向未来的电动车解决方案品牌“H-SOLUTION”。
2018年11月，现代制铁以公司名义向韩国知识产权局提交了“H-SOLUTION”商标注册申请书。商标类别划分为汽车结构成形与碰撞分析技术研究、汽车性能及零配件产品等[1]。2019年4月16日，在中国上海国家会展中心（NECC）举办的上海国际汽车工业展览会上，韩国现代制铁公司首次展示了自创的电动车品牌“H-SOLUTION”，并对外展示了自主设计的概念车身[2]。
H-SOLUTION充分利用了现代制铁的材料和应用技术，意指“为客户定制的汽车解决方案”。作为汽车材料专业制造商，现代制铁与客户建立了紧密的合作关系，为了在全球市场竞争中取得稳固优势，该公司实施了差异化战略。与此同时，为了给客户创造价值，从材料入手，在成形、焊接、防腐、涂装和零部件等技术方面都提供细致入微的服务，从而降低制造成本、提升性能和品质。通过采用安全环保的汽车技术，实现超高强轻量化车身的最终目标[3]。
从产品图案标识看（见图1），左侧大写“H”分别代表了Hyundai steel （现代制铁）、High Performance （高性能）及Hybrid Technology （混合动力技术），展示了现代制铁的愿景为“创造超出钢铁的价值”，为了构建最佳的汽车性能，迎接复杂的技术挑战。上部的弧线表示未来汽车的几何形状，以展示现代制铁灵动的技术。下部的“SOLUTION”表示现代制铁借助汽车解决方案提供轻量化和超高强钢材的技术服务。
图1 H-SOLUTION的标识
2020年1月30日，现代制铁正式推出电动车解决方案品牌“H-SOLUTION”的宣传门户网站，被视为抢占未来汽车材料市场的战略举措。此次在其官网内新增了“AE服务门户”，AE服务是“Application Engineering”（应用工程）的缩写，意指现代制铁独有的业务战略，从材料规划和设计阶段到生产、销售的各个环节提供差异化价值[4]。
现代制铁借助AE服务门户网站推广“H-SOLUTION”，致力于打造安全、环保的超高强轻量化车身；
同时，还开发了手机应用程序。客户通过网站和手机可以充分了解现代制铁的汽车用钢材和零部件应用技术等。为了应对汽车行业模式的变化，此次AE服务门户网站的建设，不仅可以对汽车材料进行宣传，还能向客户提供配套的技术服务。
作为现代制铁的技术服务平台，AE服务门户网站涵盖了材料、应用工程、零部件解决方案（Materials，Application engineering，Parts Solution，即MAP） 3方面内容，主要包括：定制材料的开发，评估材料的特性，借助结构、碰撞、成形分析提供解决方案建议，汽车零部件的开发与评价，等等。作为汽车材料的探路者，H-SOLUTION将为未来汽车提供高强轻量化车身服务。
1.概念设计
通过“H-SOLUTION”集成工程技术，开发了“CUV型电动车”概念车身。该车身的外观设计主题着眼于蓝鲸的长距离潜水能力、在海中游泳的外观及其力量和耐力。此外，车身规格是根据延长行驶里程而制定的，可以预先审查各种新技术的应用情况，并将这些技术提交给客户。
在车身底部电池包设计方面，后轮与车尾的距离为170 mm，电池包空间长2 050 mm、宽1 540 mm。通过流体分析进行外观设计，风阻系数为0.29。在安全性能方面，从车身概念设计阶段开始就采用了拓扑优化技术，基础设计完全满足国际汽车碰撞安全法规的严格要求，从而实现了最优设计。
H-SOLUTION的设计亮点主要包括：采用A型前部构件，利用最优冲击荷载传递结构将车身撞击力降至最小，同时应对正面小重叠碰撞；
对电池包采用加强侧梁，改进侧面碰撞性能，从而保护电池包；
拆卸电池包安装零部件，扩展了电池包空间；
采用22英寸以上的宽幅轮胎，即时荷载传递，提高了轮胎摩擦力，有利于电动车的发动机驱动结构；
双转子电动机实现高效功率传输。
2.车身规格
H-SOLUTION车高1 600 mm，前轮距1 650 mm，后轮距1 670 mm，前悬870 mm，轴距2 850 mm，后悬780 mm，车身总长4 500 mm。
3.材料应用
H-SOLUTION车身框架采用1.8 GPa级PHS钢和1.5 GPa级冷轧超高强钢，实现了车身的轻量化效果。与此同时，为了确保汽车的安全性，外板采用了490 MPa高强汽车板、铝材和CFRP等不同的轻量化材料，与同类电动车相比，重量可减轻9%（包括运动零部件），实现了轻量化的效果，而平均强度则提高了52%。从材料类别看，590 MPa以下低碳软钢占比34%，590～780 MPa级HSS占比27%，1.0～1.5 GPa级AHSS占比15%，1.5/1.8 GPa级PHS占比20%；
铝材和CFRP均占比2%。
4.轻量化技术
在轻量化技术方面，H-SOLUTION进行了多方面改进。
第一，利用新型PHS钢，借助不同的热成形工艺解决方案改善钢材性能。将1.5 GPa级PHS钢更换为1.825 GPa级高强PHS钢，应用于碰撞零部件；
采用TWB-热成形工艺，提高了碰撞能的吸收能力，改善了韧性；
借助TWB+H/S工艺，利用不同厚度和强度的钢材提高了防撞性。
第二，采用第三代AHSS钢材零部件解决方案。进行零部件一体化，减少了工序，降低了制造成本，提高了刚度；
将780～980 MPa级钢种用于前侧梁，改善了防撞性；
利用冷成形和辊压成形工艺，将1.5 GPa级超高强冷轧钢板应用于车顶纵梁、前保险杠横梁，降低了制造成本。
第三，通过融合应用技术研究对车身性能进行改进。利用热成形工艺实现了零部件一体化，在B柱上采用补丁板技术，在管件上采用了热气胀成形技术。
第四，对CFRP和铝材开展深入研究，制造轻量化外面板。将CFRP应用于车顶（HP-RTM）和行李箱盖（CF-SMC），将铝材应用于引擎盖；
同时，车门采用混合材料，主要是将铝材用作车门外侧面板、钢材用作车门内侧面板。
现代制铁的汽车板钢种大致分为低碳软钢、HSS和AHSS等三大类。低碳软钢主要包括CQ、DQ、DDQ、EDDQ等；
HSS主要包括BH、IF HS、含磷钢和HSLA等；
AHSS涵盖了DP、CP、PHS、MS和FB等。
1.低碳软钢
根据钢中碳含量的不同，将低碳软钢分为CQ、DQ、DDQ和EDDQ，碳含量的降低提高了深冲成形性能。该钢种适用于要求内部或外部成形性复杂的零部件，以及具有高度汽车设计自主权的领域。
2.高速钢（HSS）
高速钢 （HSS）主要包括BH、IF HS、含磷钢和HSLA等。
（1） BH
BH钢在烘烤过程中（160℃～170℃，20min）通过固溶碳原子的扩散提高屈服强度，使得成形过程中产生位错钉扎。由于屈服强度提高了约30 MPa，BH钢烘烤后表现出优异的抗凹陷性，而且具有良好的刚度，主要应用于外面板一类的外部车身零部件。
（2） IF HS
IF HS钢是一种延伸率高、r值高、抗拉强度在340 MPa以上的高强钢。改善成形性的机理与IF钢（通过添加钛和铌等强碳化物形成元素，固定溶质碳原子和氮）及固溶强化元素相同。IF HS钢通常用于汽车内外板，成形性和强度均高于低碳软钢。
（3）含磷钢
含磷钢是在低碳钢中添加固溶强化元素制成的固溶强化钢，抗拉强度在340 MPa以上。由于锰、磷、硅元素原子的尺寸与铁元素相似，所以采用锰、磷和硅作为固溶强化元素，固溶强化元素会引起晶格变形和内应力增加，并通过相互作用抑制电势来提高抗拉强度。一般来说，固溶强化元素对强度的提升效果不如间隙元素，这类钢种主要用于侧梁和各种加强件。
（4） HSLA
在碳钢中添加了约0.1%的钒、铌和钛元素，由此制造的HSLA钢具有较高的冲击韧性和强度。通过碳化物的形成，使得上述元素产生析出强化的效果，这些碳化物通过抑制动态再结晶和奥氏体区晶粒长大，细化了铁素体晶粒尺寸，从而改善了强度和韧性。HSLA钢具有较高的屈服强度和弯曲性能，经过辊压成形和弯曲成形后，主要用于结构加强件。其中，冷轧产品用于A柱、车顶纵梁和各种加强件；
热轧产品用于底盘、悬架和轮毂。
3.先进高强度钢（AHSS）
先进高强度钢（Advanced High Strength Steel，AHSS）主要涉及DP、CP、PHS、MS和FB等钢种。
（1） DP
DP钢具有一种双相组织，少量的马氏体在软质铁素体基体中形成。生产过程中随着奥氏体转变为马氏体，由于体积扩大产生了可动位错，进而产生连续屈服现象，从而使得DP钢的延性优于固溶强化钢或析出强化钢。该钢种由于具有较低的屈强比，因此适用于那些需要拉伸成形的、复杂形状的汽车零部件。
（2） CP
CP钢是一种多相组织钢，由贝氏体、铁素体和马氏体组成。由于贝氏体和马氏体之间的差异较小，因此，该钢种具有弯曲性且屈服强度可以通过铁素体分数进行控制，通过析出物分布，实现晶粒细化，通过快速冷却改善弯曲性，在快速冷却后进行热处理时，随着马氏体软化，弯曲性显著增强。该钢种主要用于保险杠或侧梁。
（3） PHS
热成形工艺是将落料后的板料加热到900℃～950℃高温进行冲压成形，随后在冲模中快速冷却从而制造出高强零部件。PHS钢通过在高温条件下成形，成形性和尺寸精密度都有所改善，同时减小了回弹；
减轻加强件的重量，实现了轻量化的效果，同时增加了电动车的续航里程数。PHS钢主要用于高强高成形零部件，特别是汽车座舱区，从而在碰撞事故中保护乘客的安全。
（4） MS
MS钢是马氏体基体，由少量的贝氏体和铁素体组成，该钢种的抗拉强度约为1 700 MPa，但延伸率较低，快速冷却后通过适当的回火工艺可以改善屈服强度。MS钢通过简单的弯曲工艺成形，主要用于保险杠梁和侧梁。
（5） FB
FB钢由铁素体和贝氏体组成，具有较高的延伸率和拉延翻边性能。通过析出强化和微合金元素的晶粒细化，FB钢可确保一定的强度，材料的塑性取决于热轧过程中的卷曲温度，铁素体经过空冷后形成过饱和铁素体，然后通过分步冷却将过饱和铁素体转变为贝氏体。经过加工后，FB钢可具有复杂形状，同时扩孔率较高，主要用于轮辋轮辐、控制臂。
H-SOLUTION充分利用高强钢对外板、座椅框架、横梁、纵梁等进行优化设计，同时自创了钢轮毂、前副车架、前下摆臂、CTBA管形梁等关键部件。
1.车身零部件
（1）高强外板
可采用成形性和表面质量俱佳的高强钢（490 MPa）外板。具体根据零部件需求特性选择不同的钢种，从而达到零部件的性能要求。在解决方案方面，主要是将外侧板上现有的DDQ（0.65 mm）逐步替换为IF160（0.65 mm），应力从132.3 N增大为156.8 N，抗凹陷性能提高18%，通过削减车身面板加强件降低制造成本。
（2）高强座椅框架
在高强座椅框架解决方案方面，主要是在座椅侧板支架上采用高拉伸型钢种DP980（0.8 mm）替代现有的DP780（1.0 mm），减轻重量20%；
在座椅导轨上采用高弯曲型钢种DP980 （1.6 mm）替代现有的DP780（1.6 mm），使得零部件强度提高25%；
侧垫零部件采用高拉伸型和高弯曲型钢种DP980 （1.4 mm）替代现有的DP780（1.6 T）。通过高强薄壁化减重13%～20%，零部件强度提高25%，在发生碰撞时提高了座椅导轨的固定力。
（3）外侧密封件
外侧密封件采用冷轧1470MPa电镀锌钢板（1.2mm），确保优异的耐腐蚀性，屈服强度为1180～1480 MPa，抗拉强度大于1470 MPa，延伸率大于3%，替代现有的冷轧1180 MPa零部件（1.4 mm）时，可减重14%，且弯曲系数表R/T小于5，弯曲性能优异，适用于辊压成形工艺；
通过提高车身底板强度，加强了对电池包的保护。
（4）中心地板零部件和前保险杠横梁
采用1.5GPa级超高强冷轧钢板，屈服强度为1 000～1 250 MPa，抗拉强度大于1 470 MPa，延伸率大于5%，焊接性和抗氢脆性优异，低屈强比，可以进行冷成形加工。替代1.5 GPa热成形零部件时，可降本22%；
替代1.2 GPa零部件时，可减重14%。
（5）座椅横梁
座椅横梁采用厚度均一的热成形零部件（2.3 mm），而借助热成形TWB不同厚度（2.3 mm-1.8 mm-2.3 mm）零部件，可减重约9%，通过厚度和强度的组合，改善了零部件整体性能并提高了设计自由度，同时还可应用于B柱等各种零部件。
（6） B柱外加强件
采用1.8 GPa级PHS钢，屈服强度大于1200MPa，抗拉强度大于1800 MPa，延伸率大于4%，焊接性能优秀，同时采用抗氢脆技术。零部件性能提高20%，厚度减小，减重12%～14%。
（7）门环
同时采用1.8 GPa级和1.5 GPa级PHS钢，其屈服强度大于1 000 MPa，抗拉强度大于1 400 MPa，延伸率大于6%。通过零部件一体化，减少零部件数量，降低制造成本10%；
通过结构优化，减重10%；
借助TWB或补丁板工艺提升零部件性能，降低制造成本。
（8）行李箱内部和中心车顶纵梁
采用CFRP作为加强件，相较普通钢板，减重50%～60%，可以设计成不同的形状，提高了设计自由度；
可以形成运动型或豪华风格的图案。借助HP-RTM （高压树脂传递模塑）、WCM（湿压模塑）和压缩模塑等工艺，积极开展CFRP成形解决方案研究。
2.底盘、钢管热成形零部件
（1） Star guild钢轮毂
采用590 MPa和780 MPa高强热轧板制作轮毂时，具有出色的焊接性和扩孔性；
用作轮辋时，具有优异的对焊性和成形性。与铝铸轮毂相比，Star guild钢轮毂不仅重量减轻约20%，而且设计风格更为时尚，散热性显著改善。
（2）前副车架
采用370 MPa、440 MPa和504 MPa级钢板，并借助液压成形技术向圆形钢管内部施加高压水，无需焊接管件，制造出特殊形状的零部件。传统工艺在1个分总成上至少需要6个零配件，重量约10 kg，采用液压成形工艺后，仅需1个零部件，重量约7.9 kg，可减重21%。此外，该工艺还可应用于底盘架、拖曳臂、后轴侧梁等零部件。
（3）前下摆臂
780 MPa、980 MPa级超高强热轧板应用于底盘零部件，提高了耐用性和加工性。其中，780 MPa钢的屈服强度大于675 MPa，抗拉强度大于780 MPa，延伸率大于10%，扩孔率大于45%；
980 MPa钢的屈服强度大于800 MPa，抗拉强度大于980 MPa，延伸率大于8%，扩孔率大于25%。
（4） CTBA管形梁
采用780 MPa级冷成形钢板，其屈服强度大于660 MPa，抗拉强度大于780 MPa，延伸率大于10%，具有优秀的制管焊接性和冷成形性，可以降低零部件成本；
采用1 400 MPa级PHS钢，其屈服强度大于1 000 MPa，抗拉强度大于1 400 MPa，延伸率大于6%，具有较高强度和耐用性，可以提高性能，实现轻量化效果。
（5）车门防撞梁、下部加强件、后保险杠梁
将590 MPa级钢管加热至900℃以上，在成形的同时进行水冷，制作出1.5 GPa以上的超高强零部件。该工艺可用于后保险杠系统、门板防撞梁和下部加强件。
1.成形
汽车成形技术是一种根据车身零部件的形状和结构，加工汽车板的关键技术。从而提升汽车的碰撞性能，完成汽车零部件的加工和材料的轻量化效果，完成复杂性设计。
（1）边裂
在超高强钢汽车零部件的成形工艺中，对剪切加工后边缘处产生的成形裂纹需要进行额外的加工。如果借助超高强钢专用的材料性能评价方法，就可以预测边部成形质量。在超高强钢成形裂纹预测方面，采用了扩孔性评价的方法；
借助扩孔性评价法还可以预测剪切面的成形裂纹；
在汽车零部件开发时，通过预测剪切面的成形裂纹，对工艺进行必要的设计和改进。
（2）可变摩擦
汽车零部件在成形时，在材料上产生的摩擦系数会随着成形模具部位和行为的不同而变化。在汽车零部件加工中以可变摩擦预测成形时，可以确保更高的一致性，为了提高摩擦试验和零部件成形预测的准确性，对摩擦特性的评价非常重要，需要采用具有一致性的数据计算方法。为了进行汽车零部件成形，主要对材料摩擦试验评价方法进行研究；
借助制定的SO标准摩擦试验方法，计算出准确性更高的摩擦试验数据；
利用可变摩擦试验结果，进行汽车零部件成形和工艺设计。
（3）晶体塑性研究
随着汽车零部件超高强和轻量化需求的增加，具有多种复杂组织特征的超高强钢也在增多。很难用单一特性解释具有复杂结构材料的成形或剪切行为，借助显微组织进行成形行为机理分析，及剪切或成形分析时，可以实现更为精准的评价。
（4）伺服成形技术
尽管汽车零部件的强度增大，但塑性降低，同时会导致高回弹应变，很难进行传统的冲压成形。借助伺服成形机可以在成形区内自由改变冲压机运动，最大程度地提高成形性和尺寸精度。
2.连接
为了应对燃效、环境、碰撞、安全法规的要求，汽车采用了不同的材料。500余块钢板成形零部件经过连接后，制作成一个车身，主要采用了电阻点焊、熔化极气体保护焊、激光焊、异种材料连接技术等工艺。
（1）超高强钢板点焊方案
由于合金含量高，超高强钢是一种高刚性材料，具有较高的电阻。熔核在低电流区域长大之前，容易出现中部毛刺，因此，很难进行窄间隙焊。通过对焊接适用性和性能进行评价，根据材料特性开发最佳的焊接电流波形，从而提供最佳的解决方案，为客户提供定制化的技术支持。
（2） LME解决方案
由于锌熔点低导致液态金属脆化（LME），以及氧化锌层厚而导致焊接强度降低，为了将GA涂层PHS钢应用于汽车白车身，通过横截面分析、LME定量化分析、LME敏感性分析及SORPAS模拟点焊LME机制阐明LME现象的基本原因。研究发现，提高涂层中α-Fe(Zn)相比例是防止锌熔化的有效途径。此外，喷砂去除较厚的氧化锌层可以改善GA涂层PHS钢的电阻点焊性[5]。
（3）热成形TWB激光焊接
采用TWB热成形融合技术，将强度和厚度各异的钢板进行切割焊接后，再进行一体化的热成形，制作成单个零部件。为了避免铝元素混入熔融零部件焊缝区域，传统工艺需要将铝-硅涂层去除后，确保焊缝区的强度，在激光焊接时采用了填充焊丝进行强度补偿，这种焊丝的碳含量为0.59wt%～0.66wt%，锰含量为0.30wt%～0.60wt%。通过采用这种高碳高锰成分的填充焊丝，可以防止TWB焊缝因铝-硅涂层成分偏析所造成的强度下降[6]。
（4）超高强钢板和轻量化材料异种连接技术
由于超高强钢和轻量化材料的应用比重增加，异种材料的机械连接技术已成为趋势，通过开发高强钢和轻量材料异种连接解决方案，为客户提供符合钢板特性的工艺，并对机械连接特性进行评估和研究。
3.腐蚀
为了开发防腐解决方案，目前主要研究涂装技术、耐腐蚀性评价技术、超高强钢的氢脆抑制技术。由于强度和刚度高，部分超高强钢只要存在极微量的氢，就会产生脆性。因此，要求对于抗拉强度1 GPa以上的钢板必须对氢致延迟断裂进行评价。同时，还借助裂纹扩展模拟进行HEDE验证，借助TEM进行HELP验证。
4.防碰撞
为了改善车身的碰撞性能，采用碰撞能力吸收性优异的高强材料。对于车身结构不仅要求具有足够的空间，而且要可以抵消从外部传递的碰撞能力，在汽车发生碰撞时保护乘客；
为此，进行了高速拉伸试验和断裂试验、压溃试验、V形弯曲试验和结构/碰撞分析。
5.疲劳、耐久性
当材料承受的重复载荷或应变小于断裂应力或屈服应力时，应进行一定次数的重复试验，在裂纹发生、扩展，直至断裂之前，评价使用寿命。主要采用高周疲劳试验和低周疲劳试验，由此为客户提供用于耐久性分析的疲劳特性，同时提供S-N和e-N曲线，对母材和焊缝区等各种试样进行评价。
作为钢铁企业，现代制铁公司推出H-SOLUTION品牌，标志着该公司已经成为具有差异化竞争优势的汽车材料制造企业。公司将通过大胆采用新钢种和新技术，持续改进H-SOLUTION电动车的配套解决方案。
H-SOLUTION从高强汽车板和热成形工艺着手，涵盖了材料性能、成形、焊接、防腐、涂装和零部件制造的全套服务，最终达到“改进材料性能、降低制造成本、提高产品质量”的目标。
通过提供全方位的技术服务，为客户创造价值，现代制铁积极抢攻全球汽车板市场，占据了优势地位。相关的成功经验证实：在风云变幻的市场环境下，与下游客户的合作共赢，同样也会是中国钢铁企业生存与发展的必由之路。
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