近日，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室师生在国际著名期刊Science子刊Science Advances上发表题为《UniSteel—革命性的钢车身制造概念》的论文。论文第一作者为通用汽车中国科学研究院高级研究员、东北大学客座教授卢琦博士；南京理工大学赖庆全副教授为共同第一作者；通讯作者为通用汽车中国科学研究院院长王建锋，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室教授徐伟，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室特聘教授、香港大学黄明欣教授。论文的作者还包括育材堂（苏州）材料科技有限公司熊小川博士和轧制技术及连轧自动化国家重点实验室易红亮教授，以及徐伟教授课题组的两位东北大学博士研究生柴志松和魏晓蓼。该论文提出了以单一钢铁合金成分取代已有繁多的汽车钢种成分，即UniSteel概念。

UniSteel概念体现了一种崭新的技术路径，巧妙的成分设计和传统物理冶金百年知识的累积，完美地实现了“成分”和“性能”之间的“1和N”映射关系。UniSteel可以灵活通过热处理获得性能优异的各种衍生钢种，解决了现今多钢种车身制造的大多数系统性的问题，有望革新全球汽车行业的车身制造模式，通过钢种的“素化”来降低钢质白车身设计、采购、生产和制造等各个环节的复杂性，在车身轻量化的同时大幅度降低车身用钢的碳排放，从而助力汽车行业早日实现碳中和。

图：UniSteel 概念成为钢质白车身制造的可行材料解决方案所需要满足的要求

目前，UniSteel已经成功在中、美两国的四个钢厂分别进行了百吨级工业规模试验，采用现有的汽车钢生产工艺制造了若干厚度的热轧和冷轧卷，累计试生产规模接近千吨。其中，有两家钢厂采用的是基于电炉炼钢的短流程钢铁生产工艺，使用了大概50%左右的废钢，从而大幅度地降低了吨钢的碳排放。

据悉，研究人员借鉴了若干目前主要先进高强钢的设计理念，选择低成本的碳 (C)、锰 (Mn)、硅 (Si) 和铬 (Cr) 作为主要合金元素，使用铌 (Nb) 作为微合金元素添加。通过成熟的热处理工艺，灵活组合了铁素体、马氏体、奥氏体和纳米碳化物等物相，从而得了Unisteel衍生的HSLA、DP、Q&P和PHS钢种对应的显微组织。

图：Unisteel衍生的HSLA、DP、Q&P和PHS钢种的显微组织

通过合理地利用析出强化、固溶强化、细晶强化、相变强化以及残余奥氏体相变增塑等机理，UniSteel的所有衍生钢种都获得了优异的机械性能；其抗拉强度范围为 600 MPa 至 1680 MPa，相对应的断裂延伸率范围为 25% 至 9%，表明UniSteel可以获得比较宽广的机械性能范围。在相同强度水平下，UniSteel的HSLA、DP 和 PHS衍生钢种的延伸率均高于其对应的同类商业化产品。此外，以 UniSteel 的 PHS钢种为例，在生产线上通过常规热冲压工艺试制了前保险杠防撞梁，其抗侵入性能优于目前商用的热成形钢产品22MnB5，并且该热成形钢的可焊性也得到了初步验证。通过巧妙设计UniSteel的合金成分，单一成分的钢种可以通过已有的成熟生产工艺获得不同的显微组织，从而提供比现有钢种更加优异的机械性能，实现钢质白车身的轻量化。

图：(a) 使用 UniSteel衍生的 HSLA、DP、Q&P 和 PHS 的白车身设计；(b) UniSteel衍生钢种的拉伸性能；(c) UniSteel衍生钢种和一些现有商业钢种的抗拉强度和延伸率的比较。