⊙汽车行业发展总体现状
⊙国内汽车钢零件热处理发展现状
⊙国内汽车铝合金零件热处理发展现状
⊙总结
（一）汽车行业发展总体现状（点击阅读）
（二）国内汽车钢零件热处理发展现状
2.1 总体进展（点击阅读）
2.2 汽车钢发展现状（点击阅读）
2.3 汽车车身安全件热成形行业发展现状（点击阅读）
2.4 汽车底盘安全件热处理行业发展现状
特钢是指具有特殊化学成分和冶金质量要求，特殊的组织形态及性能，采用特殊的工艺手段进行加工的一类用以制造特殊装备及关键零部件的钢铁材料。与普钢相比，特钢具有更高的物理性能、化学性能、工艺性能或生物相容性等，因此高品质特钢在汽车、核电以及高速铁路等重大装备制造、重大工程建设、国防先进武器和战略新兴产业中起到关键作用。其中在汽车领域特殊钢主要用于汽车底盘上的很多轴杆件（如车辆稳定杆、传动轴、驱动桥、前轴、电机轴等）、基础件（如齿轮、螺栓、弹簧、轴承），钢种包括帘线钢、齿轮钢、冷镦钢、轴承钢、弹簧钢、合金钢、非调质钢、耐热钢、易切削钢和碳素结构钢等。在结构件上使用特钢制造的车身结构和底盘部件能够提高车身刚性和耐久性；在传动系统中用特钢制造的齿轮和轴承具有更高的承载能力和更长的使用寿命；在安全件方面，用特钢造的安全带扣、气囊支架等部件能够确保在碰撞中提供更好保护；在电子器件上用特钢能为电子器件提供稳定电磁屏蔽性能和良好导电性能。
我国特钢产业最初的发展主要是服务于航空航天的配套，近几十年来随着各工业部门的快速发展，汽车工业、机械装备、轨道交通、新能源风电等领域对特钢的需求日益增长。优特钢产品附加值较高，具有一定的抗周期性，我国优特钢行业近年来持续稳定发展，自2016年以来中国优特钢产量逐步增，2024年我国优特钢年产量约为5443万吨，其中仅汽车行业消耗量占比高达40%，由此计算2024年我国汽车领域特钢需求量为2177万吨。进而测算各类底盘用热处理型汽车钢制零件每年市场需求量均为数/十亿件级体量。产业链上游以中信泰富、太钢、建龙重工、湖钢集团、河钢集团、宝钢、沙钢、长钢、中天、首钢等为主力军。汽车工业是特殊钢市场的主要消费者之一。未来随着汽车产量的增加和汽车结构的升级，特殊钢的需求呈现出持续增长的趋势。
（1）钢材
特殊钢在我国有着明确的界定。它是指那些具有独特化学成分、经过特殊工艺生产、展现出独特组织和性能的钢类。相较于普通钢，特殊钢在强度、韧性、物理性能、化学性能、生物相容性以及工艺性能方面都表现出更高的水平。特钢的概念在全球不同地区有所差异。在美国，特钢涵盖不锈钢、工模具钢、电工钢和高温合金；在日本，则包括合金钢、中高碳钢以及抗拉强度超过500MPa的高强度钢。在英国，特钢特指合金钢，而德国和法国对特钢的定义与日本相近。特殊钢的生产流程在我国经过长期的探索和实践，已经形成了一套成熟且高效的体系。这一流程不仅涉及原料准备、熔炼、精炼、连铸、轧制等多个环节，还融入了先进的工艺技术和严格的品质管理。通过这一流程生产出的特殊钢，不仅在性能上达到了国际先进水平，更在应用领域中发挥着不可或缺的作用。
随着汽车行业的蓬勃发展，我国特殊钢的需求却日益旺盛。为了适应这种变化，老牌钢铁企业纷纷开始向特殊钢与普通钢并存的多元化发展模式转型。同时新兴企业通过低成本投产短流程特殊钢厂，迅速加入到特殊钢、普通钢的生产行列中。更有实力雄厚的私有企业进军特殊钢领域，并取得了显著的成果。当前我国汽车特殊钢行业的发展重点主要集中在提升产品性能与质量稳定性上，呈现出以下几个显著特点：1、专业化分工逐步细化。目前，国内已能生产众多汽车特钢品种，满足市场不同层次的需求，部分产品甚至在国际市场上展现出强大的竞争力。例如，齿轮钢、弹簧钢等汽车用钢，以及轴承钢、高性能油气管线钢等产品质量均有所提升，部分产品已跻身国际一流水平。例如，莱钢特钢厂专注于汽车齿轮钢和轴承钢生产，天津钢管厂则主要经营大型无缝钢管。然而，与国外知名特钢厂相比，我国在专业化分工上的细化程度仍显不足，技术共享水平有待提升，且厂家分布较为分散，难以形成具有强大竞争力的名牌产品。2、质量性能趋于稳定化、品种多样化。近年来，我国汽车特殊钢质量得到了显著提升，这得益于冶金设备的引进和工艺操作水平的提升，汽车钢产品正逐步从粗制型向精品型转变，品种也日益多样化。3、冶炼设备大型化、自动化程度提高。目前，新建电炉多采用50-150吨的UHP电炉，配备二级或三级计算机控制系统，同时精炼及后续设备也实现了大型化。4、炉外精炼技术基本普及。我国特殊钢冶炼企业的炉外精炼技术已经得到了广泛应用。近年来，国内新增了多台精炼设备，特别是脱气设备的应用，为钢材质量的提升提供了硬件保障。5、转炉生产特殊钢的比例增大。随着一批钢铁联合企业进军特殊钢领域，转炉冶炼特殊钢的比例正在逐年增加。这一趋势不仅符合我国废钢资源相对较少的国情，而且转炉冶炼特殊钢具有钢质纯净等优势。6、为应对市场变化，中国特殊钢行业持续优化工艺技术装备，推动产业升级。近年来，大型和综合性特殊钢企业纷纷进行大规模技术改造，从单纯的规模扩张转向有针对性的差异化技术创新。这些企业围绕特殊钢生产的全流程，包括原料准备、冶炼、连铸、热轧、冷轧、锻造、热处理和精整等环节，进行了一系列现代化改造，引进了世界顶尖的特殊钢装备，从而在硬件上基本实现了现代化、专业化的生产能力。7、产学研合作日益紧密，企业与高校、科研机构的联合研发项目加速了技术成果的转化，推动了汽车特钢产业的技术升级。当然，尽管中国特钢行业已取得显著进展，但与世界先进水平及发达国家相比，仍存在多方面的不足。这主要体现在工艺装备水平、产品质量以及产业竞争力等多个方面。具体来说，当前我国特钢行业面临以下主要问题：1、产品结构失衡。市场上一般质量的产品严重过剩，而技术含量高、附加值大的产品却极为缺乏。2、质量水平有待提升。与发达国家相比，我国特殊钢的质量等级相对较低，高合金含量产品比例不高，执行标准也存在差距。此外，品种规格缺乏特色，技术经济指标也明显落后。3、工艺装备落后。目前，我国特殊钢企业的工艺装备相对落后，设备产品缺乏特色，尚未形成专业化分工。4、目前，我国钢铁材料的标准体系存在标准繁多、时效性差及原创性标准缺乏等，这严重影响了我国特殊钢的国际认可度。5、当前，我国特钢企业专注于原材料生产，忽视产品的深层次加工。这导致国内市场上特殊钢深加工制品供应不足。为了改变这一现状，需向国际先进企业学习，在钢铁产品的生产与深加工上下功夫。通过与零件需求企业的紧密合作，共同开发符合市场需求、接近最终形态的产品。同时结合引进消化吸收与自主创新两种方式，不断提升冶金技术水平，并适时改良或引进新设备以确保产品质量。
此外，近年来随着国内新能源产业发展，也给国内汽车特钢领域注入了强劲的科技驱动发展动力，也带来全新挑战。尽管轻量化趋势可能会导致单车钢材用量的下降，但高强度、高性能优特钢的渗透率显著提升，预计到2030年，新能源车的市场渗透率将超过50%，这将推动新能源车领域优特钢的年需求量突破1000万吨。新能源汽车的崛起以及对轻量化的需求正呈现出“增量与替代并存”的特点。虽然轻量化设计意味着每辆车的钢材使用量会减少，但对于高强度、高性能优特钢的依赖明显增强。结合新能源车市场量的快速扩张，整体优特钢的使用量依旧向上攀升。直接影响方面，汽车轻量化促成了优特钢"质升量稳"，单车钢材用量虽然下降，却使优特钢的使用比例提升。据业内测算，传统燃油车的平均钢材用量为900kg，而纯电动汽车由于电池重量减轻的需求，钢材需求可能下降15%-20%。新能源汽车的替代传统燃油车的过程中，仅依赖发动机，就使得每辆电动车的优特钢使用量减去22%。然而，优特钢在新能源汽车中的占比则从燃油车的30%提升至40%-50%。其主要使用于高强度结构件和关键部位，如电机和传动系统等。如中信特钢的2.0GPa超高强钢，广泛应用于电池包外壳和防撞梁，通过提升强度，厚度可减薄20%-30%；马钢1.5GPa级钢为一体压铸车身框架提供了更高韧性，取代传统焊接结构件。在新能源车的独特部件中，优特钢满足了增量需求：电池包结构件、驱动系统的高纯度金属轴承材料（如兴澄特钢的GCr15轴承钢）、以及高压线束中需求增加的耐腐蚀不锈钢（如304/316L）都是市场的热点。又如比亚迪汉底盘采用高强优特钢，通过先进的锻造工艺制造的控制臂、转向节等部件，在保证强度和可靠性的同时，实现了轻量化设计。这些部件重量减轻后，车辆的操控性能得到提升，降低了簧下质量，提高了悬挂系统的响应速度和舒适性。小鹏P7的悬挂系统中，部分部件采用了新型优特钢材料，通过优化合金成分和热处理工艺，使部件的强度和韧性达到最佳平衡。相比传统钢材制造的部件，重量减轻了20% - 30% ，有效提升了车辆行驶性能和燃油经济性（增程式）。此外，间接影响也不容忽视，材料替代与结构优化的博弈在不断上演。如新能源车的覆盖件如车门和引擎盖逐渐采用铝合金材料以实现减重30%-40%的目标，但其底盘和车身骨架依旧需要高强钢的支撑。优特钢成本仅为铝的1/3到1/2，且优于铝合金回收性，使其在中低端车型中保持不可替代的地位。同时，低碳钢也面临被高强度优特钢替代命运，1.5GPa级的热成形钢悄然取代了300-500MPa的普通钢，尽管用量减少，其附加值却显著提升。未来，特钢在新能源车领域的增长点主要来源于电机、驱动系统、以及电池材料的需求增长上。未来特钢行业必面临材料性能与生产技术的双重考验，超高纯净钢冶炼技术的推广等将成为行业的发展主旋律。虽然轻量化或将抑制单车钢材用量，但新能源车市场发展与特钢渗透率的提升，将持续推动整体用量增长！
未来为顺应国内汽车尤其是新能源车发展需求，汽车用特钢领域的总体发展方向主要是一方面有利于提升零件品质，另一方面有利于零件的制造。具体发展趋势点如下：汽车底盘结构件整体均向轻量化、高应力、长寿命方向发展，因此对特钢性能要求也越来越高。需要进一步通过精准调配合金元素，在保证强度的前提下实现减重。碳元素作为影响钢材强度的关键元素，在优特钢中被精确控制含量。适量的碳可形成渗碳体，提升钢材硬度，但过高会降低韧性。采用微合金化技术，添加铌钒钛等微量元素，利用其形成的碳氮化物能够细化晶粒，在减少碳含量的同时保证强度。如在某款新能源车架用钢中添加0.02-0.05%铌，晶粒尺寸细化至5-8微米，强度提升15- 20%，同时减轻重量。铬、钼、镍等元素则在提升钢材综合性能方面发挥重要作用。铬能提高钢材的抗氧化和耐腐蚀性能，减少因腐蚀导致的结构强度下降；钼可以增强钢高温强度和抗蠕变性能，适用于发动机等高温部件；镍则可以改善钢材低温韧性，确保车辆在不同服役环境下的安全性。通过合理搭配这些合金元素，优特钢在减重的同时，具备了出色的强度、韧性和耐腐蚀性。针对不同应用场景定制化研发满足技术、成本多目标要求的特钢品种，是目前汽车制造业的发展主流。
如以车辆底盘弹簧钢为例，服役环境要求其应具有较好的淬透性与低的过热倾向、脱碳敏感性，降低零件表面粗糙度及脱碳层深，提高疲劳寿命。目前，国内汽车用弹簧钢以Si-Cr系和Si-Mn系为主，通过添加V、Ni、Co、Mo、W、Nb等来达到新品种的开发以及高强度要求。因此，开发出具有良好的淬透性、低的过热敏感性同时满足轻量化需求的高性能弹簧钢是行业趋势。
齿轮在汽车传动系统里扮演核心角色，渗碳齿轮钢作为制造齿轮的关键材料，直接影响车辆动力传输效率和可靠性。目前国内生产的汽车齿轮钢主要有Cr-Mo、Mn-Cr(B)、Cr-Ni、Ni-Cr-Mo、Cr-Mn-Ti几大系列，主流车型使用的20CrMnTiH钢属于典型渗碳齿轮钢，适用于制造变速箱齿轮和差速器齿轮。其合金元素组合（铬提高淬透性，锰细化晶粒，钛抑制过热倾向）使材料在920℃渗碳温度下仍保持稳定组织。当下新能源车也好，商用车也好，其三电系统、传动系统轴齿件都是向“小马拉大车”方向发展，一方面需要轻量化小型化，另外一方面其受压载荷越来越高，如新能源车对齿轮材料提出新需求。纯电动车减速器齿轮转速比燃油车高2-3倍（目前电机峰值转速已超过20000r/min），传统渗碳钢难以满足6000r/min以上工况要求。因此，齿轮制造必须确保较深的硬化层深度，热处理时需要更长时间的渗碳，生产效率低。尽管高温渗碳可以缩短生产时间，但缺点是高温渗碳会使晶粒变粗，造成裂纹应力源；适量添加铌特殊钢可防止晶粒组织粗大，提高轮齿寿命；其次在Cr-Mo钢中添加B来强化晶界，开发提高低周期疲劳强度的钢材，可大幅度减少汽车零部件数量，实现轻量化和低成本。中国汽研联合建龙、马钢、湘钢等钢企，正逐步推进各个系列的含铌齿轮钢应用于各类车辆产品上。此外，汽车齿轮质量控制环节需要重点关注两个指标：齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度。某检测机构数据表明，当材料纯净度控制在氧含量≤15ppm、硫含量≤0.015%时，齿轮弯曲疲劳极限载荷提升18%，因此非金属夹杂物的控制是关键。环保也是目前齿轮钢面临的问题，如欧盟REACH法规限制齿轮钢中铅含量必须低于0.01%，国内企业开发的Ca-Si复合脱氧技术，在不添加铅的情况下实现切削性能提升。某型号无铅易切削齿轮钢的断屑长度从15mm缩短至3mm，零件寿命延长40%。再次，材料选择需考虑整车使用场景。山区运营车辆建议选用Cr-Mo系渗碳钢，其低温冲击功比Mn-Cr系高30%；经常涉水的车辆推荐使用铜含量0.2%的防锈型齿轮钢，盐雾试验240小时无红锈产生。某物流企业更换防锈齿轮钢后，差速器齿轮大修周期从15万公里延长至25万公里。此外又一发展方向是开发适应800MPa以上扭矩的超高强度齿轮钢，研究适用于混合动力车型的耐高温渗碳钢（工作温度150℃以上），探索无钴无镍的环保型合金体系。某研究院的B-N复合强化技术，在渗碳层中形成BN硬质相，使表面硬度达到65HRC同时保持良好韧性。
汽车曲轴选材主要考虑的是疲劳强度及耐磨性。目前，汽车曲轴材料有球墨铸铁、非调质钢（也离不开热处理）和调质钢；主要强化工艺有等温淬火、表面感应淬火、渗氮和圆角滚压工艺。球铁 OT600-03等温淬火（ADI材料）是最简便的强化工艺；40CrNiMo、42CrMo钢调质＋轴颈圆角表面感应淬火是常用热处理工艺；球墨铸铁＋轴颈表面感应淬火＋圆角滚压工艺是性价比最高的强化工艺组合。
连杆选材主要是材料要有疲劳强度及轻量化特征。目前，汽车连杆材料有铸造ZG310-570钢连杆、锻造20CrMo 钢连杆和粉末冶金连杆，相对于铸造连杆和锻造连杆，粉末冶金连杆有较好强度，尺寸精度高、节约材料、加工费用及成本也低。
气阀门是汽车发动机的重要零部件之一，工作时承受较高的机械负荷和热负荷，要求气阀门材料具有足够的高温强度和耐磨性能，良好的抗氧化性和抗燃气腐蚀性，较高的热传导率和较低的膨胀系数以及优越的冷热加工和焊接性能。同理，对于汽车气缸、活塞环等力学性能要求高，使用环境比较恶劣的零件，广泛使用合金铸铁、马氏体Cr-Si钢、奥氏体Cr-Mn-Ni和Cr-Ni合金钢等。马氏体钢有4Cr9Si2、4Cr9Si3、4Cr10Si2Mo、5Cr8Si2、9Cr18Mo2V等；奥氏体钢有4Cr14Ni14W2Mo、5Cr20Mn8Ni2N、5Cr21Mn9Ni4N、2Cr21Ni12N、3Cr23Ni8Mn3N、5Cr21Mn9Ni4Nb2WN、6Cr21Mn10MoVNbN等牌号。此外，从发动机面临的高功率、高效率及避免受冲击、安全紧凑化等多因素考虑，还要求气阀零件必须更轻、更小型化。其他机车发动机零部件还有油泵用钢18CrNi8、Y35MnH、活塞销专用钢17Cr3等钢材品种。
轴承也是汽车上的重要部件，由于使用部位重要性，要求材料均匀、纯净以保证轮毂轴承在一定的使用周期内不出现疲劳损坏，保证汽车行驶安全。目前研发批量生产的轮毂轴承钢主要牌号为S55Cr、GCr18Mo、G20Cr2Mn2MoA；其他轴承特种钢为9Cr18、9Cr18Mo、Cr4Mo4V、8Cr06、1070 和SOJ2等。
针对汽车紧固件，目前一般情况下螺栓材料选用：8.8级<M16的材料，选用35、SWRCH35K、SWRCH45K钢；8.8级≥M16的产品，材料选用40Cr、10B21钢；10.9级一般选用20MnTiB、40Cr、35CrMo和SCM435钢，少量产品也允许使用10B33、30CrMnSi、35VB钢；12.9级选用42CrMo、B7、40CrNiMo钢。汽车螺母选用35、45钢，还有的产品用Q235、20钢；卡簧、挡圈材料均为60、70、65Mn等钢。高强度螺栓大部分选择8.8级，少量为10.9级，也有12.9级别，大多都采用中碳结构钢、合金结构钢制造，经过调质处理，随着汽车的轻量化和材料应用应力的提高，主机尺寸减小，对螺栓提出了更高的设计应力和减重要求，而最有效的措施是提高紧固件的使用强度。顺应行业发展趋势，当前行业主要通过在紧固件钢中添加适量Cr、Ni、Mo、Mn、Si等元素，可明显提高紧固件用钢的强度和淬透性，同时可改善钢材料的固溶强化、弥散强化等冶金特性；通过加入V、B及Nb等，形成弥散细小的碳化物、氮化物或氮碳化物或氮碳混合物，可起到晶粒细化和弥散强化效果，而这些强化手段通过增加晶界密度和位错，可明显改善汽车紧固件的冲击性能。
综上，未来随着汽车行业发展，基于最终零件的服役性能指标体系及其性能要求，方向指导钢种开发是必然趋势。基于多元复合微合金化设计，匹配能充分发挥各类合金元素强韧化潜力的冶炼、铸造、轧制、热处理工艺方法，实现性能定制化是未来的主要技术发展方向。但不论如何变化，归结到特钢生产层面，还是聚焦钢材的纯净度、带状组织、晶粒度、淬透性等基础指标，如何把技术指标做得越来越高、越来越稳定。
（2）热处理工艺装备
1、真空渗碳：汽车零件的渗碳热处理中的气体渗碳工艺由于其处理质量优异，成本较低，是目前汽车零件应用最广泛的热处理工艺之一。近十几年来，真空渗碳工艺在汽车工业中也得到了较多的应用。低压真空渗碳和高压气体淬火技术相结合，可以满足汽车变速器、发动机零件等对热处理高质量的要求。与常规渗碳相比，低压真空渗碳工艺操作简便、升温速度快，开炉、停炉方便，并且节省电能，气体消耗低；低压真空渗碳炉无炭黑，对环境无污染；实际生产证明低压真空渗碳工艺生产成本较常规渗碳明显降低。与周期式真空渗碳工艺相比，半连续式及连续式真空渗碳工艺生产效率可分别提高25%和40%左右。半连续式及连续式低压渗碳高压气淬自动生产线将成为高品质汽车零件渗碳热处理设备的发展趋势之一。目前，周期式低压渗碳高压气淬炉、半连续式低压渗碳生产线已在上汽、一汽等知名车企得到应用，用于载重商用车变速器及发动机零件、齿套和齿轮等、乘用车发动机及自动变速器零件、主减速器太阳轮轴等的热处理。例如高速、重载精密汽车齿轮，要求齿轮表面坚硬、耐磨，但同时又要满足齿轮芯部有非常好的韧性。相比传统渗碳工艺，采用真空渗碳齿轮表面净化及活化效果好，渗碳速度快，渗碳时间约为普通渗碳的1/2到1/3、无晶内氧化、各部位渗碳均匀、渗碳效率高（实现20-30%热量做作用于零件，传统工艺仅为6-10%）、节能环保。又如汽车连杆，其渗碳热处理难点在于其端盖上盖内部的小油孔直径大小及其深度均很小（几毫米），且渗碳要求与表面基本一致。小孔内部渗碳难度较大，常规气氛渗碳难以满足产品需求。为了解决这一问题，采用真空渗碳炉进行真空渗碳处理。处理后产品表面和内部小孔表面的渗层可趋于一致，满足了连杆技术要求。渗层均匀性和效率是评价真空渗碳质量的两大关键技术指标，近来东宇东庵热处理公司宣布，其通过融合高精度气体控制、智能热场模拟与绿色制造技术，该工艺成功解决了传统渗碳工艺中渗层不均、能耗高、污染大等行业难题，成为国内实现渗碳层均匀度误差≤±5%、生产效率提升 50%** 的热处理解决方案。目前已通过IATF 16949汽车行业质量体系认证，已服务于博世、丰田等国际客户。
2、离子渗碳：离子渗氮是在低真空的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极，在阴阳极间加上数百伏的直流电压，使之产生的辉光放电进行渗氮处理的化学热处理工艺。该工艺几乎完全克服了传统渗氮处理的缺点。现用于各种汽车零部件的热处理，包括曲轴、凸轮轴、转向枢轴、齿轮、轴瓦、阀门、活塞棒等的热处理。相比气体渗氮，离子渗氮具有渗速快（由于离子渗氮利用了等离子体的溅射作用，因而可显著地缩短处理时间(离子渗氮的时间仅为普通气体渗氮时间的1/3~1/5)）、渗层组织易于控制脆性小（气体渗氮工件表面通常会出现20μm以上的含铬、铝渗氮钢的脆性化合物层，需研磨去除，而离子渗氮通过改变气氛中含氮气体的比例，控制化合物层的厚度及组织，无需研磨处理）、工件变形小（离子渗氮渗速快，可以在更低的温度下进行（350℃以上离子渗氮就能有明显的硬化效果），并且阴极溅射作用可以弥补部分由于渗氮而造成的尺寸膨胀，离子渗氮的变形量比气体渗氮要小）、表面硬度和疲劳强度高（经过离子渗碳处理后，表面硬度显著提高，能够在高负荷和高速运转的条件下保持较好的耐磨性?，还能显著改善其疲劳强度和抗腐蚀性，这对于汽车的关键零部件如传动轴、连杆等尤为重要，能够在长期使用中减少断裂和腐蚀的风险?）、节能环保（离子渗氮电能利用率高，低压环境进行，周期短，可节约能源消耗，电能消耗为气体渗氮的40%~70%、氨气消耗为气体渗氮的1/5～1/20）。离子渗氮可使用氮气和氢气替代氨气，即使采用氨气，由于压力很低，使用量极少，也不会产生大量有害物质）等优势。
3、低温渗碳：汽车零部件热处理与表面改性技术是今后的关键和核心竞争力。不锈钢是发动机中的主要零件材料，一般如发动机排气系统都是根据工况条件选择合适的钢种。奥氏体不锈钢SUS304为经典传统钢。铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比，生产成本低，线膨胀系数小，导热系数大。汽车排气系统零部件用不锈钢中，近60%为是奥氏体不锈钢。许多表面改性技术，包括常规等离子体渗氮、激光渗氮等，都用于提高奥氏体不锈钢的耐磨性。但是在提高耐磨性的同时耐腐蚀性却下降。为此，等离子体源渗氮技术应运而生，这种技术将低能离子束注入技术引入到等离子体基离子注入（即全方位离子注入）技术中。一方面利用低能离子注入的低能优势，另一方面利用等离子体基离子注入优势，采用高密度、高电子温度和高离化率的等离子体，结合施加脉冲负偏压和辅助外热源，通过0.4～3keV的低能离子注入结合同步扩散传质，实现在超低温下高传质效率的表面处理各种汽车零部件。等离子体源渗氮技术是低温、低压表面改性金属材料的新方法，与等离子体渗氮对比实验（相同等离子体参数、工艺条件下），证明了等离子体源渗氮技术具有“低能离子注入-同步热扩散”的主要传质机制，等离子体热化学吸收仅起到一种补充的传质作用。能离子注入是不依赖于工艺温度的工艺过程，根据离子在固体中传输理论计算，可以在数十微米深度范围内形成注入改性层。由于表面温度场的存在，在表面高浓度注入的粒子随后发生相应的扩散，达到一定的深度。将等离子体源渗氮技术应用于奥氏体不锈钢气门，获得了高硬度、高耐磨性和高承载能力，以及完全不发生孔蚀且抗均匀腐蚀的渗氮表面；将等离子体源渗氮技术应用于马氏体不锈钢螺栓，同样实现了这类不锈钢耐磨抗蚀的复合改性，应用前景明确。
4、表面涂层技术：目前，我国部分引进车型的发动机气缸体、气门、活塞环、操控杆、液压杆以及紧固件等表面耐磨抗蚀防保护涂层采用传统的铬电镀层，铬的钝性可以安全地用于汽车零部件。镀铬层硬度高、耐磨抗蚀并能长期保持表面光洁，工艺相对简单，成本较低。尽管电镀铬是一种传统的表面处理技术。然而，电镀工艺的三废排放对环境污染严重。从涂层特性与技术应用方面分析，电镀铬涂层仍然存在硬度较低等问题，尽管汽车零部件镀铬层硬度要求为60～64HRC，但是远不及一些金属氧化物、氮化物陶瓷涂层硬度高和耐磨性好。代替电镀硬铬的涂层工艺，已经有不同涂层技术的使用效果证明，比电镀硬铬层更清洁、更有效，甚至成本更低。这些涂层技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、激光涂层技术，以及冷、热喷涂和等离子体喷涂技术等。另外，铬离子注入技术同样成为部分关键汽车零部件代替现有电镀硬铬的一种有效途径。
5、超硬涂层与功能涂层技术：根据对汽车的各类服役失效分析，约40%的故障来自机械密封。正常工况下，汽车变速器密封处于油膜支撑的油润滑摩擦状态，但汽车行驶中加减速不定，要求密封环、轴承固定处材料有足够的强度和刚度以及良好的摩擦性能，同时紧固件也要求减摩润滑等功能涂层的保护。目前超硬涂层是指显微硬度超过40GPa的涂层材料，可分为本征超硬涂层和纳米复合超涂层两类。前者主要有金刚石、无氢类金刚石、CBN、BC4和三元化合物BCN等单一结构涂层，CVD是制备此类涂层的主要方法。纳米复合超硬涂层是指由完全分离的两相或两相以上纳米晶和非晶，在三维方向调制混合组成的多元涂层。纳米晶通常为过渡族金属氮化物、碳化物、硼化物或氧化物，晶粒尺寸约为3～10μm，镶嵌于基于1?2个原子层厚的网状非晶相（如Si3N4，BN，C等）或软金属（如Cu）基体中，形成具有高硬度、高韧性的多功能涂层。目前，纳米复合超硬涂层是超硬涂层的发展方向。等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和PVD的磁控溅射是制备nc-TiN/a- Si3N4等纳米复合超硬涂层的两种主要方法，前者的硬度可高达80～100GPa，远高于磁控溅射沉积涂层，而磁控溅射技术具有无污染、低温和低损伤等优点，适合汽车工业生产。磁控溅射沉积超硬涂层的硬度为30～50GPa，低基体温度和高氧含量是导致其硬度低于PECVD的主要原因。磁控溅射靶材原子离子化可提高沉积原子的扩散速度和形核率，促进纳米晶和非晶两相完全分离，可调控纳米晶和非晶的组成、尺寸、数量和分布形态，进而控制涂层的硬度和残余应力状态。同时，高束流金属离子轰击可改变涂层与基体界面结构，产生化学键合界面，改善涂层的膜基结合性能。高功率脉冲磁控溅射技术作为最新的离子化磁控溅射技术，在调控纳米复合涂层成分、结构和残余应力状态方面具有综合技术优势，是设计和发展汽车零部件关键件超硬涂层的一种新思路和新技术。
6、离子束表面强化技术：强流脉冲离子束从20世纪80年代后期开始，由核聚变技术领域逐步拓展，并迅速发展成为一种新的表面工程技术。强流脉冲离子束具有超高温、超高压磁场等工艺特性，强流脉冲离子束辐射固体材料，可在小于1μs的时间内在辐射表面层实现1～100J/cm2高能量密度沉积，辐照表面产生强烈的远离平衡态的热效应和力学效应，109～1010K/s的急剧升温和冷却，发生显著的熔化、蒸发和剧烈烧蚀，物质喷射的反冲作用和热冲击在辐射照表面形成由表及里的应力波，造成表面成分、组织及性能显著变化。与激光束、电子束处理相比，强流脉冲离子束具有能量转换效率高、加工面积大、改性层较深等突出优点。硬质合金是机械密封中最常用的硬质摩擦副材料，也是各类冷作模具的核心材料，具有很好的抗氧化性、抗蚀性和强韧性，利用强流脉冲离子束对WC-Ni硬质合金密封环进行辐照处理，导致WC-Ni硬质合金发生由六方碳化物WC硬质相向面心立方碳化物β-WC1-x转变，且表层中的β-WC1-x相随辐照次数的增加而增加。在辐照应力波的作用下，辐照后硬质合金表层深度硬化，随着辐照次数的增加，硬化层深度显著增加，10次辐照硬化层深度可达160μm。随着辐照次数的增加，硬质合金表面摩擦系数显著降低，表面耐磨性提高，改善了模具和密封环工作可靠性。目前，离子束表面强化技术已逐步在我国汽车热成形零件制造业获得了应用，满足热成形模具在快节拍生产过程中的高耐磨、高抗热机疲劳性能要求（模具满足≥30万热冲次寿命要求）。
7、可控气氛热处理：随着汽车制造水平的不断提高及对汽车零件热处理质量的更高要求，碳素钢、低中碳合金钢等零件更多地在保护气氛（如氢气、氮气及吸热、放热式气氛等）中进行退火、正火、淬火、回火、渗碳、渗氮等。随着计算机技术的普及，使大批量生产的可控气氛热处理工艺参数实现实时控制；使不同热处理工艺下零件的氧化、脱碳、硬度和金相组织等可以严格控制，保证汽车零件热处理质量稳定可靠。目前，计算机全自动控制的可控气氛热处理生产线已成为汽车工业热处理生产的主流之一，其具有质量容易控制、生产效率高、能耗低（节能节材）、工艺柔性好、调整灵活简便精确等优点，已广泛应用于汽车各种齿轮、各种轴类零件等的渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、光亮淬火、正火、退火等各种热处理工艺加工。大批量的汽车精锻件采用连续式等温正火生产线进行无氧化（等温）正火，保证零件的外观及内在质量要求；汽车用高强度螺栓调质处理采用（保护气氛）网带式热处理炉进行加热淬火和回火，炉内碳势进行自动控制；对大批量齿轮件，也在采用连续式气体渗碳自动生产线进行渗碳及碳氮共渗处理。
8、感应热处理：感应热处理以高效、节能、清洁、灵活性等优势广泛应用于汽车工业。近40%的汽车零部件可采用感应热处理，如汽车曲轴、齿轮、万向节、半轴、稳定杆等。在汽车齿轮感应热处理方面，我国主要采用整体感应加热淬火工艺，即单频加热淬火和双频加热淬火。汽车齿轮感应淬火应用最普遍的是发动机飞轮齿圈。感应热处理中具有先进性和代表性的工艺为同步双频感应淬火技术。同步双频感应淬火是在一个感应圈上同时输出高频（如200~400kHz）和中频（如10~15kHz）两种不同频率对一个工件进行快速热处理，其具有节能降耗、绿色特点，并可以获得最小的热处理变形及沿齿廓均匀分布的硬化层，从而达到最佳的热处理质量。目前，同步双频感应淬火已广泛应用于汽车驱动轴、转向器装置、螺旋伞齿轮及从动行星轮等，在德国宝马汽车、大众汽车等得到了产业化应用，该项工艺将成为感应加热淬火的趋势之一。德国eldec与德国EMA公司合作开发的拾取式的齿轮感应淬火机床（拾取式，即工装在固定的位置上，齿轮是移动的，由机械手抓取并进行淬火），最终实现了齿轮感应淬火加工的全自动化。我国经过多年发展，目前在汽车零件感应淬火技术领域水平已经达到全球领先水平，一汽、二汽集团的感应热处理零件，按质量计算已占到全部热处理零件的50%以上。此外，针对乘用车稳定杆这类相对较小尺寸轴杆件，零件感应淬火处理工艺几乎已成为了行业标配，诸如中弹、华纬等国内知名稳定杆厂家均配备了成熟的感应淬火产线装备。其次陕重汽目前制造商用车半轴也开始大量应用感应淬火工艺。值得指出的是即便目前非调质钢在汽车零件制造业应用也愈发普遍，但其用于制造很多抗扭转类轴杆件时，也需要进行感应淬火处理，以在其表面淬硬层马氏体组织，满足零件的康扭矩性能要求。未来此领域面临的主要技术问题一是如何根据零件服役性能水平去反推感应淬火频率等关键工艺参数值，实现零件工艺高效精准设计。二是目前针对很多其次轴杆件截面因为车辆安全、车内空间舒适性等多方面的考虑可能需要设计成异形复杂截面，针对此类截面零件如何去保证零件各部位的感应加热均匀性也是个问题。
9、激光表面淬火技术：激光表面处理技术近年来在汽车制造业持续取得突破，并逐步实现应用。其以其高效性和优越性成为热处理中的佼佼者，通过高能量密度激光束对工件表面进行照射，实现快速加热与冷却，从而引发工件表面的组织相变，最终达到强化的目的。相较于传统的淬火方法，除生产效率极高、加热和冷却速度极快外，淬火后工件硬度较其他工艺有明显提升，平均高出5%~20%；同时其热影响区域小，适用于各种复杂形状汽车零件，工艺的灵活度极高。目前在国内汽车齿轮制造业逐步实现了应用，激光加热速度快且热量深入零件内部少，因此产生的热畸变极小（仅为高频淬火的1/3～1/10），不会影响齿轮的精度等级，通常无需研磨齿面。这一技术成功替代了渗碳、渗氮、氮化等传统表面化学热处理工艺，以及感应表面淬火等传统方法，不仅降低成本，还大幅提高了生产效率，还符合环保要求。此外，还可应用于现有燃油车发动机中所有耐磨零件的表面热处理需求。激光淬火通常采用两种方法。首先，最常见的是利用线性光束，配合普通的准直聚焦镜组。通过调整不同的镜片组合，可以灵活改变光斑尺寸，以适应不同的淬火需求。此方法在处理平面工件时尤为出色，然而由于激光光束的高斯能量分布特性，它在需要精细控制淬火深度的场合则显得力不从心。另一种方法是采用扫描振镜技术。这种方法通过精确控制振镜的扫描路径，能够实现对扫描区域能量分布的细致调控，从而确保深度的一致性。因此它非常适合用于复杂场景的淬火处理。目前，激光淬火技术在国内尚不普及，特别是在处理复杂外形的工件时。然而，宾采尔RLH-A激光加工系统的出现，为这一领域带来了革命性的变革。宾采尔RLH-A系统为复杂型面处理提供高精度与稳定性，该系统专为复杂型面淬火而设计，集多用途与高精度于一体，既可用于表面硬化，也可用于软化处理。其独特的温度控制技术为热处理过程提供了明确的指导，使得从细微工件到大型、复杂工件的淬火需求都能得到满足。RLH-A激光头融合了振镜与智能算法，与传统镜组激光头相比，其功能更为强大。系统内部配备的高温测量计可采集800℃～1600℃范围内的温度，且采集频率高达1kHz（或3kHz选配），使得被淬工件的表面温度能够被最大限度地捕捉。再配合独家开发的PID算法，RLH-A能实时调控淬火温度，实现精密淬火硬度和深度控制。自宾采尔RLH-A问世以来，其在曲轴和模具等复杂型面淬火方面的应用已取得显著成功。其稳定的算法控制、简易的编程方式以及直观的淬火过程可视化功能，赢得了众多用户的赞誉。
10、计算机在汽车零件热处理中的应用包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助生产（CAM）、计算机辅助选材（SAMS）、热处理事务办公自动化（OA）、热处理数据库和专家系统等，它为热处理工艺的优化设计、热处理装备的优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与统计分析等。智能热处理实现了热处理生产的自动化，保证工艺的稳定性和产品质量的再现性，使热处理工艺向高效、低能耗、环保、低成本、柔性化和智能化的方向发展。计算机-传感器-智能库将构建成智能热处理的核心，主要表现在：根据零件的材料、技术要求等，系统自动生成工艺；生产过程的完全闭环自动控制；零件热处理质量的预测、预判；系统故障自动诊断与处置；在线的自适应及应急应变能力等。目前，国内研制生产的热处设备已越来越多地引入了计算机控制技术，极大地提高了热处理装备的自动化水平和生产效率。在热处理工艺过程的实时控制、计算机设计、计算机模拟和数学模型的开发应用等方面，取得了很大的成绩。未来，汽车零件热处理工艺将会更加充分利用计算机技术，使热处理生产管理、过程控制、工艺设计与质量预测分析实现高度数字化、智能化。
（3）热处理能耗控制
在工业制造的能源消耗体系中，热处理是核心用能环节-钢材在加热炉中吸收的每1℃热量，都决定着最终产品的性能与成材率。然而长期以来，传统工艺依赖人工经验调控温度，导致能耗高企、质量不稳定：每吨钢材热处理耗电超500 度，10%的工件因温度控制偏差报废，废气排放更是环保治理重点。当“双碳”目标与高端制造需求叠加，这场围绕“温度”的效率革命，正重塑工业热能的运用逻辑。
传统热处理的突出问题在于“经验主导”的粗放模式。加热环节中，工人通过观察钢材颜色估算加热时间，仪表盘指针大幅摆动，实际加热时长常超出需求30%，仅空烧浪费的电能就占总能耗的 15%。淬火用“一刀切”冷却，薄钢板因骤冷开裂、厚齿轮因冷却不均硬度不足，综合废品率高达 12%，年损失材料价值超百亿元。这种高耗能、低精度的生产方式，在新能源车用高强优特钢需求的面前，逐渐成为技术瓶颈。革新的关键在于实现 “温度的精准控制”。智能工厂引入传感器与AI系统，每0.1s采集一次炉温数据，自动生成动态加热曲线：当钢材升温至目标温度时自动调小火力，温度回落立即补热，温差控制在±5℃以内。如某轴承企业应用后，单炉能耗下降30%，月均电费从120降至80万元，更首次实现3毫米薄规格高强钢的稳定生产，打破国外垄断应用于新能源车，实现单车型材用量减少10%。
冷却环节的智能化升级同样关键。新型冷却系统可根据工件材质智能调节冷却速度，避免传统液冷的温差应力。某模具厂处理精密部件时，开裂率从15%骤降至3%，年减少报废损失超百万元。在数据协同层面，企业通过企业微信私有化部署，将热处理设备直接接入工厂内网，数据传输延迟低至毫秒级，传感器确认钢材达到最佳加热状态后，冷却系统瞬间启动，彻底降低“过热损耗”。道一云等企业微信私有化服务商提供的定制化平台，实现温度曲线与设备状态的移动端实时同步，异常预警响应时间从30分钟缩短至2分钟，在保障核心工艺数据安全的同时，将生产效率提升40%。
通过实现数据的实时交互与安全闭环，热处理工艺在提升生产效率40%的同时，以更高精度和稳定性切入高端制造场景。汽车领域，高精度热处理齿轮使变速箱寿命延长40%，某车企因此取消进口部件订单，单车成本下降2000元。这些突破的背后，是热能利用效率的全面提升-智能温控技术使热处理综合电耗下降 40%，若全行业普及，每年可节约电能超150亿度，减少碳排放300万吨。
综上，在双碳目标的推动下，未来汽车零件热处理工艺革新不再局限于单一环节改进，而是成为工业热能高效利用的缩影。当每一度热量的吸收与释放都被精准计算，当温度控制误差从“十度级”缩小到“度级”，传统高耗能环节正蜕变为绿色制造的示范场景。这种转变不仅提升了高端特钢的国产化能力，更勾勒出能源行业效率与环保并重的发展路径，在热能的精准把控中，高端制造正逐步迈向高质量发展的新境界。
（4）热处理产品质量评价
传统汽车钢零件的热处理质量评价，往往还停留到根据下游用户提供的零件产品图纸上的热处理技术要求来实施，一般涉及化学成分、宏观低倍组织、高倍金冶金组织、超高倍SEM/EBSD/TEM相显微组织分析、表明渗层组织/硬度梯度分布、力学性能（拉伸、硬度）、服役性能（冲击韧性、疲劳SN/EN曲线、高速拉伸等）、内部缺陷无损检测、其他用户要求的性能测评项等。这种评价策略往往难以表征零件热处理质量到底能不能满足其基于典型应用场景下的服役性能水平，很难评价是否满足零件使用要求，且一旦出现零件质量问题，往往也很难从热处理层面提出契合的解决方案（如热处理零件按要求达到既定热处理组织性能要求，但产品疲劳性能台架测试寿命不达标）。未来的发展趋势还是基于零件的实际应用场景、服役性能指标体系及其要求来指定与之相契合的热处理工艺方案。首先，以汽车热成形制造业而言，目前热成形零件的性能评价指标囊括了原材料、淬火态零件基体组织性能、焊接性能、涂装性能、表明脱碳层厚、高速拉伸性能、极限端冷弯性能、高低温叠片冲击性能、氢脆性能、动态断裂性能等多方面，全方位表征了热成形零件作为汽车碰撞安全件所涉多维度服役性能技术要求，这种评价体系的提出，有效促进了对下游车企对上游热成形零件供应商产品质量的全面、精准把控，有利于保证整车大规模量产的碰撞性能稳定性。预计未来底盘上大量特钢热处理零件也将逐渐完善质量测评体系，其中最重要的是推进测评方法的标准化，应尽快构建契合下游汽车市场需求的特钢汽车件质量测评体系，为实现这一目标，必须紧密上下游联合方可实现。鉴于国内热处理工序往往处理汽车零件制造的中间环节，其自身自由度可能受限，所以未来还得以下游车企或龙头零部件企业牵头主导，联动上游材料和热处理厂商共同推进。此外还需要指出的是特钢一般多应用于底盘，其主要关注疲劳性能。但是仅通过零件取样测试获得的SN/EN曲线是无法评价零件热处理质量到底是否合格这一结论，因为这是和零件本身在既定工况下的应力水平密切相关的，即和零件本身的结构设计和用钢质量等均强相关，所以不能直接下结论。进一步的，传统车辆底盘结构件疲劳性能测评都是在物理台架上完成的，物理台架达标则进行零件装车道路耐久性能测评验证。台架或道路性能测试往往周期长、测试成本高。因此，结合虚拟仿真技术，提出先进的零件热处理质量虚拟验证方法很重要。中国汽研多年来攻关创新提出所谓的汽车零件耐久虚拟台架、整车路试虚拟试验场两大关键仿真预测技术。首先开发多轴虚拟试验台架可确保试验精度和项目周期，其运用计算机虚拟仿真技术，在台架开发前期进行零部件动力学仿真获取加载过程中的运动轨迹、姿态变化及节点载荷，为台架设计提供设计参数；对试验台架进行结构刚强度、和模态的校核；在零部件上精准选择目标信号测点位置；低成本地评估样件疲劳寿命；确认采集方案及台架方案。虚拟道路试验场通过采集试验场地或真实道路场景下的关键数据，在电脑上构建近100%等效的虚拟试验场，将整车多体模型置于该虚拟场景下进行模拟道路测试，同样可快速获得热处理零件在真实整车道路服役环节下的耐久性能水平。上述两种先进虚拟仿真测评方法，将大大缩短汽车底盘件的开发周期、提升零件耐久性能开发质量显著降低开发成本，对车企乃至广大零部件厂商而言，无疑是一套强有力的产品开发增效降本工具。截至目前中国汽研已应用于国内广大商用车企业车架、驾驶室等关键底盘结构件开发中，起到了很好的行业推广应用成效。
综上，目前站在终端用户企业需求立场进行汽车底盘零件热处理质量测评是必然发展趋势。鉴于一般热处理厂家很难直接参与车企产品设计工作，因此也就难以理解其热处理技术要求，一旦出现零件质量问题，上下游各层级机构相互间责任推诿，阻碍了产业链发展，进一步说明未来国内热处理业界深度参与下游用户企业新产品、新技术研发应用的必要性和重要性。中国汽研多年来一直基于所谓的EVI（Early Vendor Involvement）模式，协同上游钢材、零件厂家，先期参与下游车企汽相关车零件的开发工作，拉近了上下游距离，间接层面提升了产业链融合程度、提升了上游厂商面向下游市场的综合技术服务水平，促进了汽车钢零件产业链协同发展。
作者：冯毅，中国汽车工程研究院股份有限公司/重庆大学材料科学与工程学院，企业受聘高级专家，教授级高级工程师