Новы тэхналагічны прагрэс: дакладны кантроль мікраструктуры, тэхналогія вытворчасці і прымяненне недарагіх высокапрадукцыйных сталёвых лістоў халоднага штампавання класа GPa

Дзякуючы двайной вугляроднай стратэгіі Кітая і хуткай трансфармацыі транспартных сродкаў на новыя крыніцы энергіі, сінергічнае паляпшэнне палегчанай вагі аўтамабіляў і паказчыкаў бяспекі пры аварыях стала асноўнай глабальнай мэтай для аўтамабільнай прамысловасці. Лісты халоднага штампавання сталі класа GPa (трываласць на расцяжэнне ≥1 GPa) прыцягваюць шырокую ўвагу сусветных вытворцаў сталі і вытворцаў арыгінальнага абсталявання дзякуючы высокай трываласці, добрай каразійнай устойлівасці, нізкаму кошту фармавання і нізкаму спажыванню энергіі. Тым не менш, тры асноўныя прамысловыя вузкія месцы доўгі час абмяжоўвалі вытворчасць і прымяненне халоднага штампавання сталі класа GPa.

Па-першае, дасягнуць шматфункцыянальнай сінергіі складана. Адначасова цяжка дасягнуць звышвысокай трываласці, фармавальнасці, устойлівасці да вадароднага охрупчвання і ўстойлівасці да вадкаметалічнага охрупчвання (ВМХ). Традыцыйныя рашэнні абапіраюцца на дарагія легіруючыя элементы, такія як Mo і Cr, што павялічвае кошт матэрыялаў. Асноўны механізм распрацоўкі недарагой высокапрадукцыйнай сталі маркі GPa з дапамогай мікраструктурнай інжынерыі застаецца незразумелым.

Па-другое, стабільная высокаэфектыўная вытворчасць з'яўляецца складанай задачай. Гарачакатаная сталь маркі GPa ўтварае шчыльную аксідную акаліну, багатую крэмніем, што прыводзіць да нізкай эфектыўнасці травлення і горшай якасці паверхні. Неаднародная мякка-цвёрдая мікраструктура ў гарачакатаных палосах выклікае рэзкія ваганні сілы халоднай пракаткі, што правакуе расколіны на краях і аблом палос. Высокалегаваныя гарачакатаныя рулоны дэманструюць надзвычай высокую трываласць, якая набліжаецца да межаў нагрузкі халоднага стану. Акрамя таго, дынамічнае ўмацаванне і нераўнамернае трэнне падчас халоднай пракаткі робяць традыцыйныя мадэлі пракаткі недакладнымі для прагназавання формы, што прыводзіць да нізкай дакладнасці памераў і вялікіх страт лому.

Па-трэцяе, сістэмы прымянення і ацэнкі няпоўныя. Сталь маркі GPa моцна спружыніць падчас штампоўкі і мае рызыку LME падчас кропкавай зваркі, што пагражае фармаванню кампанентаў і надзейнасці злучэнняў. Дзеючыя стандарты ацэнкі вадароднай охрупченнасці і ўстойлівасці да стомленасці недастатковыя для кваліфікацыі і выбару матэрыялаў. З-за адсутнасці інтэграванай метадалогіі праектавання «матэрыял-працэс-кампанент» прымяненне сталі маркі GPa абмежавана, а яе доля ў аўтамабільнай біятэхналогіі ніжэй за 5%.

Гэты праект выкарыстоўвае логіку сумеснай інавацыі па ўсім ланцужку: «тэорыя — тэхналогія — прадукт — прымяненне». Арыентуючыся на дарагія нізкапрадукцыйныя прадукты, нестабільную вытворчасць і сцэнарыі абмежаванага прымянення, даследаванне ўдакладняе ўплыў мікраструктуры на фармавальнасць, вадародную охрупченнасць і LME (жыццёва стомленасць) для нізкалегіраванай сталі маркі C-Mn-Si GPa, усталёўвае колькасную методыку пабудовы шматфазнай мікраструктуры і распрацоўвае дакладныя тэхналогіі кіравання шматфазнай і градыентна-стабілізаванай мікраструктурай. З боку вытворчасці створана шматпрацэсная сістэма кіравання, якая ахоплівае «рэгуляванне паверхні — рэканструкцыю размякчэння матрыцы — інтэлектуальную сумесную пракатку». Для прымянення і ацэнкі вырашаюцца LME з выкарыстаннем спружыністага і кропкавага зварвання; устаноўлены стандарты выпрабаванняў і ацэнкі на вадародную охрупченнасць і стомленасць. Сістэма лёгкага праектавання з убудаванай тэхналогіяй EVI забяспечвае поўныя рашэнні для лёгкага транспартнага сродку.

Ключавыя інавацыйныя дасягненні

1. Метад колькаснага шматфазнага мікраструктурнага пабудовы нізкалегіраванай сталі маркі GPa са збалансаванымі шматфункцыянальнымі ўласцівасцямі Праект раскрывае ўплыў спалучэння ферыту, градыентна-стабілізаванага рэшткавага аўстэніту і свежага мартэнсіту на фармавальнасць, узнікненне расколін, выкліканых вадароднай охрупчанасцю, і распаўсюджванне LME. Умацаванне, выкліканае гетэрагеннай дэфармацыяй (HDI), і трансфармацыйна-індукаваная пластычнасць (TRIP) з градыентна-стабілізаванага аўстэніту сумесна паляпшаюць фармавальнасць. Пацверджана аптымальнае акно мікраструктуры: 10%-30% ферыту, ≥12% градыентна-стабілізаванага аўстэніту і нуль свежага мартэнсіту. Ферыт падаўляе сегрэгацыю цынку на межах зерняў, каб запаволіць рост расколін, выкліканых LME, і прытупляе вяршыні вадародных расколін; высокастабільны аўстэніт здымае лакальнае напружанне і затрымлівае разбурэнне, выкліканае вадародам. На падставе вышэйзгаданых высноў прапанавана новая колькасная тэорыя шматфазнай канструкцыі: колькасна вызначаны ферыт + градыентна-стабілізаваны аўстэніт + нулявы свежы мартэнсіт.

Вывучаюцца колькасныя карэляцыі паміж параметрамі бесперапыннага адпалу і шматфазнымі мікраструктурамі. Высветлены ўплыў ферыту, які залежыць ад арыентацыі, на размеркаванне градыенту элементаў унутры аўстэніту і шматступенчатае мартэнсітнае пераўтварэнне. Колькасна вызначаны ўплыў хуткасці астуджэння і тэмпературы загартоўкі на кінетыку фазавага пераўтварэння. З дапамогай звышхуткага астуджэння на лініях бесперапыннага адпалу і ацынкавання распрацавана тэхналогія шматфазнага сумеснага кіравання градыентнай стабілізацыяй. Паспяхова распрацаваны дзве недарагія маркі сталі для халоднай штампоўкі з трываласцю ў гігапаліёне (980 МПа і 1180 МПа). Без дадання дарагога сплаву Mo/Cr сталь зніжае сабекошт сталі на тон больш чым на 1100 юаняў. У параўнанні з міжнароднымі эталонамі, каэфіцыент пашырэння адтулін павялічваецца на 46%, устойлівасць да вадароднага охрупчвання паляпшаецца больш чым у 2 разы, расколіны LME пры кропкавай зварцы цалкам ліквідуюцца са 100% узроўнем прыёмкі кропкавай зваркі.

2. Шматпрацэсныя тэхналогіі сумеснай вытворчасці, якія вырашаюць праблемы з травленнем, абрывам паласы і кантролем формы Для барацьбы з празмерным намаганнем халоднай пракаткі ад высокатрывалых гарачакатаных палос распрацавана тэхналогія гамагенізацыі матрыцы і рэканструкцыі размякчэння для гарачакатаных рулонаў. Мэтавае награванне краёў, адаптыўнае экранаванне краёў і асіметрычная U-падобная бухта дазваляюць дасягнуць аднароднай мікраструктуры гарачакатанага пракату. Дзякуючы высокатэмпературнаму фазаваму пераўтварэнню, аднаўленню і статычнай перакрышталізацыі, мартэнсітна-бейнітная матрыца ператвараецца ў роўнавосевы грубы ферыт-перліт, што раўнамерна зніжае трываласць гарачакатанага пракату. Даўжыня лому паміж галоўкай і хвастом скарачаецца з 20 м да 10 м, што зніжае кошт тоны сталі амаль на 200 юаняў і зніжае сілу халоднай пракаткі на 45%.

Выкарыстоўваецца інавацыйная механічная тэхналогія выдалення акаліны з EPS у спалучэнні з турбулентным патокам травлення. Шчыльная акаліна, багатая крэмніем, эфектыўна выдаляецца і ствараюцца мікраканалы для пранікнення кіслаты. Хуткасць травлення перавышае 100 м/мін (на 25% вышэй, чым у міжнародных аналагаў), а ўзровень дэфектаў колеру паверхні падае ніжэй за 0,18%.

Пабудавана тэрмамеханічная звязаная дынамічная мадэль супраціву дэфармацыі. Аптымізаваная з дапамогай генетычнага алгарытму нейронная сетка BP, прагназаванне сілы пракаткі GWO-KELM і глабальны алгарытм аптымізацыі GSTSA рэалізуюць шматмэтавую суаптымізацыю трэння, формы паласы і якасці паверхні. Памылка замкнёнага цыклу формы халоднай паласы ≤0,5 %, каэфіцыент абрыву паласы пры пракатцы ніжэй за 0,8 % і выхад працэсу вышэй за 96 %.

3. Тэхналогіі ацэнкі прымянення і запатэнтаваная сістэма палегчання для серыйнай вытворчасці аўтамабіляў вялікай колькасці Для вырашэння праблемы спружыністасці пры штампоўцы і кропкавай зварцы (LME) выяўлены ўплыў сувязі геаметрыі штампа і параметраў працэсу на спружыністасць. Шматмэтавае кіраванне спружыністасцю на аснове радыуса вугла штампа, хуткасці штампоўкі і канструкцыі штампа паляпшае дакладнасць памераў кампанента. Новы працэс кропкавай зваркі «шматімпульсны рэжым + адпачынак» пашырае дыяпазон стабільнасці працэсу з 0,8 кА да 1,6 кА.

Для ацэнкі прабелаў у эксплуатацыйных характарыстыках: першапачаткова для лістоў халоднага штампавання класа GPa быў прапанаваны метад выпрабаванняў на вадародную охрупченнасць на аснове глыбокай выцяжкі, каб пераадолець недахопы традыцыйных выпрабаванняў на U-падобны выгіб. Уласна распрацаванае прыстасаванне для барацьбы з выгібам вырашае праблему разбурэння ад выгібу для тонкіх (

Сістэма лёгкага праектавання EVI поўнага цыклу пабудавана з выкарыстаннем шматмэтавага аналізу адчувальнасці BIW для дыферэнцыяванай аптымізацыі на ўзроўні кампанентаў. Тонкая сталь маркі GPa таўшчынёй 1,0 мм і 1,4 мм з трываласцю на 980 МПа замяняе традыцыйныя сталі з трываласцю на 350–650 МПа для каркасаў сядзенняў. Прадукцыя выкарыстоўваецца для 31 віду аўтамабільных дэталяў, у тым ліку для сярэдніх стоек кузава і корпусаў акумулятарных блокаў. Каэфіцыент выкарыстання сталі маркі GPa для BIW павялічваецца з 5% да 11%, максімальнае зніжэнне вагі адной дэталі дасягае 25%, зніжэнне масы BIW дасягае 10%, што адпавядае 5-зоркавым патрабаванням бяспекі пры аварыях C-NCAP. Матэрыялы вырабляюцца серыйна для 28 асноўных мадэляў аўтамабіляў.

Вынікі падачы заявак і сацыяльна-эканамічныя перавагі

Рэалізаваны поўны ланцужок інавацый, якія ахопліваюць тэорыю мікраструктуры, вытворчыя працэсы, метадалогію ацэнкі і прымяненне ў транспартных сродках. Выкарыстанне нізкалегіраванага складу C-Mn-Si ў спалучэнні з звышхуткім астуджэннем дазваляе дасягнуць каэфіцыента пашырэння адтулін больш за 70%; устойлівасць да вадароднай охрупненнасці павялічваецца ўдвая; расколіны, выкліканыя кропкавай зваркай LME, цалкам ліквідуюцца. Комплексныя ўласцівасці пераўзыходзяць міжнародныя эталонныя прадукты, а кошт сталі зніжаны больш чым на 1100 юаняў.

Тэхналогія механічнага выдалення акаліны і турбулентнага травлення павышае эфектыўнасць травлення на 25%. Рэканструкцыя з гамагенізацыяй і размякчэннем гарачай паласы зніжае ўзровень браку на 90% і сілу пракаткі на 45%, вырашаючы праблемы з травленнем, абрывам паласы і дрэнным кантролем формы высокатрывалай сталі, што дазваляе забяспечыць стабільную масавую вытворчасць.

Вырашаны інжынерныя вузкія месцы ў працэсах штампоўкі з спружыністасцю і кропкавай зваркі LME. Распрацавана пяць групавых стандартаў, якія запаўняюць прабелы ў сістэме ацэнкі вадароднай охрупченнасці і стомленасці матэрыялу. Прадукцыя пастаўляецца 11 буйным вытворцам арыгінальнага абсталявання, у тым ліку GAC, BYD, Mercedes-Benz, BMW і Audi, ахопліваючы 28 мадэляў аўтамабіляў з больш чым 10 мільёнамі абсталяваных аўтамабіляў. Сукупны аб'ём вытворчасці за апошнія тры гады дасягнуў 810 000 тон, што прынесла новую вытворчасць у памеры 4,7 мільярда юаняў і эканамічную выгаду ў памеры 680 мільёнаў юаняў. Атрымана трыццаць шэсць зацверджаных патэнтаў на вынаходніцтвы і трыццаць восем навуковых прац.

Праект значна павялічвае ўнутраныя пастаўкі перадавой высокатрывалай аўтамабільнай сталі, накіроўвае глабальныя тэхнічныя тэндэнцыі ў вытворчасці халоднаштампаванай сталі маркі GPa і спрыяе мадэрнізацыі аўтамабільнай сталеліцейнай галіны.

Крыніца: Кітайскае таварыства металаў