车车身安全和热成型钢的工艺揭秘
小时候我们看过铁匠师傅，把烧红的铁敲打成型后，将其突然插入水桶中。后来才知道，这叫淬火，是热处理工艺中的一种。其原理是铁加热到高温以后，对碳的固溶度增加，碳固溶在铁原子的晶体结构中形成奥氏体，而奥氏体只能在高温时存在，常温时只存在很少的奥氏体，随着温度下降，奥氏体要转变为其他晶体组织，其中马氏体硬度最高，而马氏体的形成需要快速冷却，所以放在水中快速冷却形成马氏体，于是钢铁就会变得很硬。
如今这种淬火工艺在金属加工中使用非常普遍，常见的如齿轮的加工工艺。如下图。
后来还知道，烧红的钢铁中不仅可以加入碳，还可以加入硅，锰，铬，镍，钼，钛，磷，硼等元素，用来实现不同的钢铁性能。今天要说的是汽车用的钢板以及其性能。
汽车用钢板从屈服强度MPa的软钢一路发展，经历了双相钢、相变诱导塑性钢、多相钢、马氏体钢，屈服强度一路增长到了MPa。但是与此同时，可加工性越来越差，成型难度越来越高，而且冲压回弹非常大。可以想象，越是硬的东西，越难以加工成另一个形状。
出于成本考虑，大多数合资车只使用了高强度钢，一般的高强度钢板的抗拉强度在-MPa左右，热成型钢是通过加热成形的硼钢，通过一系列处理后抗拉强度可提高至-MPa。
以下是魏派一款车车身，紫色部分就是超高强度的热成型钢，其最高强度可达兆帕。
看起来都是钢板，实际上其性能千差万别。用电钻尝试在车架的翼子板、车顶横梁、门槛梁，B柱夹层四个不同部位进行钻孔试验，来感受一下不同钢材的硬度。可以看到用电钻钻热成型钢的结果是得到几个小白点。
遗憾的是，市场有不少合资车企还在偷工减料，不把乘客的性命安全放在第一位。让我们看看钢材结构对于乘客多重要。
下图是某欧洲知名品牌的一款20多万的B级车型，在年中保研的25%偏置碰撞后A柱直接弯折90度，同时假人头部完美避开安全气囊，假人的生还概率为0%。与此同时，其在美国上市的同款车辆的碰撞成绩却很好。
下图为日系某款热销车型。
以上是在实验室的碰撞测试，有时候是血的教训，生命只有一次。
作为对比，长城魏派VV6高架上被撞击，翻滚数周掉落到20多米的高架后，主体结构无变形。5名成员轻伤。
为了安全，不少品牌不惜成本使用高强度钢来提升车身强度，还可为车身减重。车重每减少千克，每百公里可节省燃油0.3-0.5L，重量减轻，可以提高车辆的加速度和操控性，使车辆获得更好的制动响应并缩短制动距离。
在高强度钢发展遇到瓶颈后，车企开始研究使用热成型钢。热成型钢是源自军用的技术，至今，许多坦克，装甲车，军舰等就是依靠热成型钢来防弹的。普通的小口径炮弹打上来相当于给军舰挠痒痒。
第三代哈弗H6整车降重kg，车身性能提升了10%，燃油经济性提升14.5%，百公里油耗仅为6.6L。不仅相比长城上一代车型进步明显，更超越了日系同级车型的表现。如果一年按3万公里的行驶里程计算，长城汽车的用户每年可节油L。
热成型钢的屈服强度可0~MPa，相当于一枚硬币上要站2头成年大象，而其抗拉强度可达1~MPa。打个比方，“屈服强度”的意思是你可以折断一根筷子所需的力气，“抗拉强度”就好比是你拉断一根筷子所需的力气。事实上，汽车钢板往往会被做成复杂的造型来使抵抗变形能力大大增加。WEY摩卡的热成型钢使用比例高达27%，车身整体高强度钢占比达75%。
下图为高强钢的定义和型号。
屈服强度和抗拉强度的区别用下图来做个比较。
下图为汽车A,B,C柱的位置,其中A柱和B柱的强度对于车辆安全至关重要。
数据说话，下图为媒体对于不同品牌A柱和B柱强度的评测结果。
热成型钢的原料钢板就是硼钢钢板。硼钢的硬度是普通钢材的4倍，而且强度、韧性和耐磨性也都优于普通钢材。早期的坦克、装甲车和潜艇都是用它。现在被广泛运用在机床的刀头、采矿机的钻头上，而运用在汽车的底盘和车体上时，可以提高框架的刚性和硬度，减小车祸时因形变而造成车内乘员的伤亡。用不用热成型钢，不光是安全的标志，也是高级车辆的标志。
硼钢的典型标号为22MnB5，原始金相组织为铁素体+珠光体，加热到摄氏度左右转变成为奥氏体，在模具中液压成型并淬火，转变成为%的高强度马氏体组织，成型性能好，成型后强度高，性能非常优越。
硼钢大致的生产工艺是，典型的热成型生产线如下图所示，钢板料片进入带保护气氛的加热炉中加热到~摄氏度，通过传动带和取料机械手进入热成型工序，这时候料片自然降温至摄氏度左右。
高温料片进入热成型模具后，在液压压力机的压力下通过模具成型，同时，模具中的冷却水道使零件快速降温淬火，最终得到%马氏体组织的高强度成型零件。
加热的料片进入模具成型后，必须在10秒之内冷却到摄氏度以下，否则就得不到%的马氏体组织。考虑到生产节拍的要求和生产实际情况，实际生产过程中模具对料片的冷却速度要达到摄氏度/秒，3~5秒之内必须将料片温度从多摄氏度降低到摄氏度以下。如下图所示。
那么，热成型工艺怎样在冲压成型的同时实现对零件的淬火的呢？秘诀就在于模具上的冷却流道。所使用的热压模具内部有复杂的水路，散热时候由高压水泵带动快速通过模具，带走模具内热成型钢的热量。为了更快速的降温，除了在模具内设计大量的水管通道，还需要将冷却水提前降温4摄氏度左右，这样可以在钢板成型后快速降温。以下是生产图。
加热的料片进入模具成型后，必须在10秒之内冷却到摄氏度以下，否则就得不到%的马氏体组织。考虑到生产节拍的要求和生产实际情况，实际生产过程中模具对料片的冷却速度要达到摄氏度/秒，3~5秒之内必须将料片温度从多摄氏度降低到摄氏度以下。如下图所示。
这对于模具的设计和寿命是个挑战。实际上生产热成型钢的模具内部极其复杂，模具成本高昂，每次都要经历多度的高温锻压，模具内部有复杂的水道用来快速散热，磨具表面因为巨大压力和高温，使用寿命不长，所以生产成本大大高于普通的钢板。不难想象一些拼命压缩成本的合资车企，为什么在美国的碰撞成绩优秀，来到中国就是用了强度只有美国一般强度的“高强度钢”了，就是为了降低成本。
长城的生产工艺经过优化，其热成型钢屈服强度可达到强度MPa、抗拉强度MPA。相当于一只15吨的鲸鱼压在一只蚂蚁身上。第三代哈弗H6车身高强度钢应用比例达71.61%，热成型钢的使用比例高达20%。汽车上最重要的部分才用热成型钢。哈弗H7使用热成型钢比例是15%。沃尔沃的S60热成型钢（硼钢）使用比例为35%。图中红色的部分为热成型钢。
以下为哈弗H6的车身结构。
以下是魏派摩卡的白车身结构。作为魏派的旗舰之作，摩卡用了一切当前能用的主被动安全技术和大量的高强度钢和热成型钢。
看到这里，热成型钢工艺的车身，是最后一道安全屏障，是一辆好车的首选。