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”。

一、H-SOLUTION电动车概念车身

现代制铁电动车解决方案品牌H-SOLUTION hSolEVcar

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。

二、现代制铁的汽车板产品

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。

中国上海举办的“2019上海车展”上，介绍了现代制铁推出的汽车品牌“H-SOLUTION”以及高强度钢和热冲压等汽车材料给参观者。ⓒ 现代钢铁

三、H-SOLUTION零部件及解决方案

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1 470 MPa电镀锌钢板（1.2mm），确保优异的耐腐蚀性，屈服强度为1 180～1 480 MPa，抗拉强度大于1 470 MPa，延伸率大于3%，替代现有的冷轧1 180 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1.5 G P a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1 200 MPa，抗拉强度大于1 800 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C F R P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7 8 0 M P a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。

四、H-SOLUTION应用技术

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。

五、借鉴与思考

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。○

参考文献

来源：节选文章来自罗晔,曾雄峰.现代制铁电动车解决方案品牌H-SOLUTION[J].冶金经济与管理,2023,No.220(01):27-31.   

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