2000 兆帕 (MPa) 的强度意味着什么?——是马里亚纳海沟万米深处海压的 20 倍;是一个指甲盖上站 5 头成年雄性亚洲象时承受的压力。而在新材料的世界里, 一根直径 3 毫米的 2000MPa 级钢丝, 也能轻松吊起一辆 mini 牌汽车。
2000 兆帕 (MPa) 的强度意味着什么?——是马里亚纳海沟万米深处海压的 20 倍;是一个指甲盖上站 5 头成年雄性亚洲象时承受的压力。而在新材料的世界里, 一根直径 3 毫米的 2000MPa 级钢丝, 也能轻松吊起一辆 mini 牌汽车。
如今, 随着技术的演进, 这种过去主要用于重机钢缆、桥梁拉索、F1 赛车、航天飞机等的超高强度材料, 也得以低成本地走入大众的日常生活。
「采用 2000MPa 超高强度钢材制造的车门框架, 能让车门框在承受 10 倍车重撞击时, 将形变幅度控制在 50 毫米以内, 有效保障了乘员舱的完整性和生存空间。」育材堂 (苏州) 材料科技有限公司 (以下简称「育材堂」) 董事长易红亮介绍。
自 2017 年成立以来, 这家中国新材料公司接连打破汽车钢世界纪录, 在专利诉讼中与国际巨头八度交锋, 并八度获胜, 突破了海外 20 余年的关键技术壁垒, 帮助钢铁和汽车工业实现先进汽车钢的技术平权。
既要「轻」, 更要「硬」
对于新能源车而言, 需要依靠减重以提升续航。但同时, 与行车安全直接相关的车体强度, 也愈发受到重视。面对车企这种「既要又要」的需求, 传统钢材往往面临「一强就重、一轻就弱」的困境。
目前,「铝硅镀层热成形钢」技术是唯一能同时满足轻量化、超高强度、量产、安全可靠的工业化解决方案。一方面, 将钢材加热后再冲压成形, 可改变钢材内部微观结构分布, 在不增重的同时, 实现强度飙升;另一方面, 铝硅镀层能够很好地避免钢材氧化、减少冲压磨具磨损, 并有效提高汽车零部件的防腐蚀等级。新能源车的续航、安全以及利润都被这一钢材技术直接影响着。
但这一看似成熟的技术, 却在问世 20 多年后, 仍受制于韧性缺失导致的安全问题。
具体而言, 作为镀层的铝合金会和钢发生反应, 产生一层铁铝化合物, 其中的碳会被「驱赶」到最近的钢材中, 导致钢材局部碳含量上升, 钢材硬化变脆。犹如在零食袋上开了一个 V 形小缺口, 一撕, 便开。
由于韧性的缺失, 超高强度钢的氢致延迟开裂也更加可怕。「这也是车企最怕的『幽灵现象』。」易红亮称,「汽车材料冲压成形时看似完好, 放置几天后却突然开裂, 甚至焊装到车上才暴露问题。这种『氢致延迟开裂』看不见摸不着, 就像幽灵一样困扰行业多年。」
育材堂的解决方案很简单——减少铁铝化合物的厚度。即在钢材加热过程中尽可能地打薄那层生成的铁铝化合物, 尽量减少碳的挤出, 不让碳溢出破坏钢的韧性, 从而同时保证了钢材的高强度、轻量化以及稳定可靠, 在国际上首次解决了热冲压钢韧性不足、延迟开裂的两大难题。
技术原理听起来好像也没有很难, 但实际上, 这条路中国企业却走了很久。
打破「技术铁幕」, 专利战 8:0 获胜
1999 年, 全球钢铁巨头安赛乐-米塔尔 (ArcelorMittal, 简称「安米」) 率先开发「铝硅镀层热成形钢」技术, 有效避免了无镀层热冲压钢板表面氧化的问题, 并在磨具保护、零件尺寸精度、耐蚀性等方面也表现出优异性能。
但这一核心工艺长期以来都被安米通过专利墙封锁, 其他企业若想生产铝硅镀层热冲压钢, 都需要向安米支付高昂专利费。这也使安米变相掌控了全球铝硅镀层热成形钢的定价权。据业内人士分析, 安米铝硅镀层热成形钢的利润率显著高于普通钢材, 享有较高溢价空间。
另一边的市场中,2024 年, 全球汽车行业每年的热成形钢使用量约 500 万吨, 约占汽车用钢的 20%, 而中国约有 100 万吨的需求。可以说, 只要专利不被打破, 成本就下不去。但就是「铁铝碳」之间融合的这么点事情, 却难住了全球大多数的企业。
直至 2018 年 4 月, 育材堂申请了中国国家发明专利, 并于 2019 年 9 月获得专利授权, 才得以打破安米专利统治。
而 2019 年至今, 育材堂也与国际巨头累计在镀层技术专利领域八次交锋, 期间从无败绩, 不仅打破了海外巨头长达 20 年的技术壁垒, 也多次打破汽车钢的世界纪录——例如, 在德国汽车工业联合会 (VDA) 制定的汽车钢材韧性关键指标「标准三点弯曲角实验」(VDA-238) 中, 安米的专利带镀层材料 (1.5mm 厚度) 的弯曲角度通常为 55 度, 而育材堂研发的新技术成功将这一指标提升至 65 度。
作为我国首家聚焦钢铁的科技公司, 育材堂不仅推动了汽车钢材性能指标的提升、帮助钢铁和汽车工业实现先进汽车钢的技术平权, 更使其成为目前唯一反向对欧洲进行钢铁专利许可的中国公司。
另外, 据报道, 育材堂已率先完成可能是全球最高强度的铝硅镀层热成形钢的开发, 完成国际反超。并将「铝硅镀层热冲压钢激光拼焊技术」应用于汽车一体化门环等部件制造, 破解传统车门多部件焊接导致的重量增加、结构强度不均、生产效率低下等弊端。使材料利用率提升了 10%-15%, 显著降低了碳排放。
得益于此, 育材堂也收获了来自小米、红杉资本、元禾控股、易方达等头部机构的多轮投资, 并与理想、长城、极氪等多家国产汽车头部品牌建立合作。
市场数据显示, 预计 2030 年, 全球铝硅镀层热成形钢市场规模将达 1000 万吨, 其中中国将占据 35% 的市场份额。各个产业方所看重的, 无疑是铝硅镀层热成形钢在新能源车轻量化进程中不可替代的价值。
「当车企在智能驾驶领域『仰望星空』时, 我们愿做安稳托起他们的『大地』——让每辆车既有『钢筋铁骨』, 又轻盈如翼。」易红亮此前在接受采访时表示。
来源：互联网
