汽車用高性能復(fù)相鋼制造關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

一、研究的背景與問題2009年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量躍居世界第一，汽車行業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，也帶來(lái)了能源消耗、環(huán)境污染、安全事故等一系列社會(huì)問題。汽車行業(yè)節(jié)能減排、車體輕量化等要求迫在眉睫。汽車安全法規(guī)日趨嚴(yán)苛，車體安全化要求大幅提升，大量超高強(qiáng)鋼如雙相鋼、復(fù)相鋼等得到廣泛應(yīng)用。與雙相鋼相比，復(fù)相鋼由于具有優(yōu)異的折彎擴(kuò)孔性能、疲勞耐久性能、碰撞吸能性能，應(yīng)用于汽車關(guān)鍵零部件，對(duì)提升整車安全性能具有不可替代的作用。受制于產(chǎn)線裝備能力及產(chǎn)品高質(zhì)量要求，我國(guó)復(fù)相鋼開發(fā)及應(yīng)用與國(guó)外存在較大差距，項(xiàng)目之初國(guó)內(nèi)復(fù)相鋼產(chǎn)品及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍是空白，以某國(guó)際知名高端品牌為代表的汽車用戶長(zhǎng)期依賴于進(jìn)口蒂森、安賽樂、神戶等國(guó)外鋼企產(chǎn)品。國(guó)外先進(jìn)鋼企對(duì)復(fù)相鋼研究起步較早，中國(guó)汽車行業(yè)長(zhǎng)期面臨交貨周期長(zhǎng)、售后服務(wù)及時(shí)性等問題，較大的制約了行業(yè)發(fā)展。具體來(lái)講，復(fù)相鋼通常包含兩類產(chǎn)品，其中冷軋復(fù)相鋼主要用來(lái)制造對(duì)剛度、強(qiáng)度、耐撞性等要求極高的門檻、保險(xiǎn)杠、座椅滑軌等安全結(jié)構(gòu)件，熱軋復(fù)相鋼主要用來(lái)制造對(duì)成形及疲勞要求更高的控制臂、縱臂等底盤核心承重部件。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)借助于熱軋產(chǎn)品升級(jí)及冷軋高強(qiáng)產(chǎn)線能力提升，積累了一定的復(fù)相鋼生產(chǎn)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但國(guó)內(nèi)外復(fù)相鋼還存在一些難題尚未有效解決，主要包括：1、傳統(tǒng)熱軋復(fù)相鋼采用微合金成分體系設(shè)計(jì)，通過(guò)卷取溫度控制相變，從而獲得鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體等復(fù)相組織。但是擴(kuò)孔率與伸長(zhǎng)率具有負(fù)相關(guān)性，同時(shí)滿足高擴(kuò)孔性（≥40%）、高拉延性（≥12%）要求存在技術(shù)矛盾，如國(guó)際知名高端品牌某復(fù)雜成形零部件時(shí)因伸長(zhǎng)率低和擴(kuò)孔性能不足造成的沖壓開裂率高達(dá)4%。且在傳統(tǒng)控制冷卻思路下，相同終軋/卷取溫度而不同冷卻路徑時(shí)組織差異較大，導(dǎo)致擴(kuò)孔率及伸長(zhǎng)率波動(dòng)大。2、傳統(tǒng)冷軋復(fù)相鋼采用“高碳成分+高溫退火”獲得少量鐵素體+貝氏體+馬氏體+少量殘余奧復(fù)相組織。但高溫加熱及快速冷卻容易造成溫度不穩(wěn)定，從而造成材料性能的波動(dòng)。且高碳復(fù)相鋼存在帶狀組織，對(duì)折彎要求較高的零件適用性一般，如某國(guó)際知名一級(jí)配套商用進(jìn)口材加工某零件時(shí)折彎開裂率高達(dá)8%，難以滿足門檻、滑軌等零件高折彎性能的成形需求。3、超高強(qiáng)復(fù)相鋼冷軋生產(chǎn)時(shí)變形抗力起點(diǎn)值高，極限厚寬規(guī)格軋制負(fù)荷極大，導(dǎo)致帶鋼板形問題突出。如國(guó)外某先進(jìn)鋼企極限厚寬規(guī)格熱鍍鋅復(fù)相鋼僅可實(shí)現(xiàn)平直度5mm/2000mm，因板形不良導(dǎo)致最終零件空間尺寸合格率僅有90%，嚴(yán)重影響了門檻等零件的裝配精度及碰撞安全。4、超高強(qiáng)度復(fù)相鋼零件生產(chǎn)過(guò)程中翻邊、擴(kuò)孔等涉及邊部成形工序較多，極易引發(fā)沖壓邊裂質(zhì)量問題。因邊部裂紋敏感性和零件沖壓邊裂的預(yù)測(cè)技術(shù)還不完善，缺乏邊部裂紋敏感性評(píng)價(jià)體系及相應(yīng)的材料解決方案，典型零件沖壓邊部開裂率達(dá)到5%。目前國(guó)際上往往被迫采用改良模具或采用激光切割的方式解決此類問題，加工成本顯著提高。二、解決問題的思路與技術(shù)方案本項(xiàng)目以高性能復(fù)相鋼使用需求為出發(fā)點(diǎn)，總體思路如圖1所示。通過(guò)擴(kuò)孔/拉延協(xié)同控制和材料局部成形的機(jī)理創(chuàng)新，提出組織調(diào)控新思路，實(shí)現(xiàn)復(fù)相鋼綜合力學(xué)性能提升；通過(guò)軋制工藝、退火工藝、板形控制工藝等創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)復(fù)相鋼性能穩(wěn)定性、極限規(guī)格產(chǎn)品板形質(zhì)量的提升，在上述機(jī)理創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，最終實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)相鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)。另外，為解決復(fù)相鋼零部件生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵瓶頸問題，建立材料邊部裂紋敏感性評(píng)價(jià)方法和基于零件成形方式的沖壓邊裂預(yù)測(cè)方法，保障汽車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定生產(chǎn)，從而滿足整車輕量化、安全化的需求。圖1

項(xiàng)目總體思路示意圖本項(xiàng)目的主要技術(shù)內(nèi)容如下：1、高伸長(zhǎng)率高擴(kuò)孔率復(fù)相鋼組織調(diào)控技術(shù)。2、低碳微合金復(fù)相鋼低溫退火生產(chǎn)技術(shù)。3、厚寬規(guī)格復(fù)相鋼熱軋-冷軋全流程板形控制技術(shù)。4、復(fù)相鋼材料邊部裂紋敏感性評(píng)價(jià)及零件沖壓邊裂預(yù)測(cè)方法。三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果1、揭示了復(fù)相鋼局部成形性能的影響機(jī)理，提出了基于微細(xì)顆粒殘余奧氏體和納米析出強(qiáng)化鐵素體的組織調(diào)控新思路，開發(fā)了熱軋控制中間層冷溫度及冷軋低溫退火的復(fù)相鋼生產(chǎn)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)熱軋800MPa復(fù)相鋼擴(kuò)孔率≥55%且伸長(zhǎng)率≥12%，冷軋1000MPa復(fù)相鋼180°彎曲半徑達(dá)到0t。2、形成了極限規(guī)格冷軋復(fù)相鋼“熱軋-層冷過(guò)程平直度協(xié)同控制+大軋制力冷軋板形調(diào)控域優(yōu)化”的全流程板形控制技術(shù)，解決了復(fù)相鋼高軋制負(fù)荷下的板形難題，實(shí)現(xiàn)了平直度≤2mm/2000mm，制作零件尺寸合格率提升至96%以上。3、發(fā)明了基于材料的邊部裂紋敏感性評(píng)價(jià)方法及基于零件成形方式的等效極限預(yù)測(cè)方法，揭示了材料物理特性對(duì)邊部裂紋的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了材料與零件相結(jié)合的事前預(yù)測(cè)，復(fù)相鋼冷成形邊部開裂率降低至0.2%以下。四、應(yīng)用情況與效果項(xiàng)目開發(fā)的汽車用高性能復(fù)相鋼已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外多家主機(jī)廠得到批量應(yīng)用，其中冷軋熱鍍鋅復(fù)相鋼市場(chǎng)占有率超過(guò)60%。項(xiàng)目開發(fā)冷軋CR780Y980T-CP-GI、熱軋HR660Y760T-CP-UC（HR800CP）產(chǎn)品國(guó)內(nèi)率先通過(guò)某國(guó)際知名車企全球材料認(rèn)證，應(yīng)用于該車企旗下多款車型，實(shí)現(xiàn)對(duì)多家海外鋼企材料的本地化切換，并實(shí)現(xiàn)部分零件獨(dú)家供貨。解決了2.2mm極限厚寬規(guī)格進(jìn)口產(chǎn)品供貨能力不足、3.2mmHR660Y760T-CP-UC復(fù)雜成形控制臂沖壓開裂難題。項(xiàng)目開發(fā)冷軋CR660Y780T-CP-GI、HR1000CP產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首發(fā)，CR660Y780T-CP-GI產(chǎn)品亞太地區(qū)唯一通過(guò)某國(guó)際著名車企全球材料認(rèn)證，批量應(yīng)用于多款車型車型；HR1000CP產(chǎn)品國(guó)內(nèi)獨(dú)家批量應(yīng)用于某車型。CR900Y1180T-CP-GI被納入某知名車企新車型用材計(jì)劃，推動(dòng)該車企全球冷成形高強(qiáng)鋼零件強(qiáng)度首次升級(jí)至1200MPa。項(xiàng)目開發(fā)冷軋HC900/1180CP產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首發(fā)，批量應(yīng)用于國(guó)內(nèi)自主品牌門檻梁零件，回彈控制精度和尺寸精度優(yōu)異，與進(jìn)口材料表現(xiàn)相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的替代。項(xiàng)目開發(fā)冷軋HC780Y980