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雙相鋼的工業(yè)生產和應用及各進口國家的分析
發(fā)布者:admin發(fā)布時間:2020-07-23 12:15:36
雙相鋼的工業(yè)生產和應用


 概述
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        自雙相鋼生產以來,人們在深入探討有關理論的同時,也致力于工業(yè)生產和應用的研究,以滿足機械工業(yè)尤其是汽車工業(yè)對高強度和良好成形性板材的需求。
各國生產的雙相鋼板大體分為兩類:熱軋雙相鋼和熱處理雙相鋼。所謂熱軋雙相鋼是指鋼錠或板坯(或連鑄板坯)經高溫粗軋后,在臨界區(qū)溫度精軋(控制終軋溫度和壓下量),然后急冷到鋼的馬氏體轉變點以后或高干于馬氏體轉變的溫度(如盤卷窗口)進行盤卷,從而得到所要求的雙相鋼組織和性能。熱處理雙相鋼是將熱軋板或冷軋板重新加熱到臨界區(qū)溫度,保溫一定時間,以一定的速率冷卻,得到所希望的雙相組織。這種工藝可在周期退火爐中(儀稱批量退火爐),亦可在連續(xù)退火爐(如自動化的連續(xù)退火生產線或改造的鍍鋅生產線)中進行。
日本在雙相鋼的生產方面曾處于領先地位,這不僅與日本汽車制造廠為了減輕自重,提高燃料效率,要求供應強度高、質量輕的材料和構件有關,而且與日本擁有先進的軋制和熱處理設備,特別是大型連續(xù)退火生產線有關。起初日本以生產熱處理雙相鋼為主,其鋼種多系低碳鋼或低碳錳鋼,在連續(xù)退火生產線上生產熱處理雙相鋼為主,其鋼種多系低碳鋼錳鋼,在連續(xù)退火生產線上生產。后來開始研制低合金熱軋雙相鋼,以滿足汽車工業(yè)對一些厚規(guī)格雙相鋼板的要求。
北美(美國和加拿大)生產的熱處理雙相鋼含有一定的合金元素,多以周期退火爐生產,較成熟的系列為VAN-QN系列(低C-Mn-V鋼)。這些國家生產的熱軋雙相鋼有代表性的牌號為美國克里斯鉬公司研制的ARDP(Mn-Si-Cr-Mo鋼),這類雙相鋼制成的車輪和保險杠加強體等構件已在汽車上試用。
在雙相鋼研制和生產方面,歐洲各國次于日本和美國,但不少鋼廠和汽車廠已進行了雙相鋼的生產,其鋼種和工藝與北美類似。
我國從1979年開始雙相鋼的研制工作。1985年至1990年,一些鋼廠已試制出了雙相鋼板,提供了有關汽車廠進行部分汽車零件的沖壓成形性試驗。近期一些鋼廠關于雙相鋼生產和應用的具體情況在11.5節(jié)中有論述。

雙相鋼的工業(yè)性試驗、生產和應用概括

日本
日本在雙相鋼的商品生產方面領先于其他國家,20世紀90年代已有一些鋼鐵公司生產雙相鋼,如川崎制鐵(株)、神戶制鐵(株)、日本鋼管(株)、住友金屬(株)和新日鐵(株)。這些公司生產的雙相鋼的主要牌號、化學成分和性能列于表11-1。
川崎制鐵(珠)已經研制和生產了一系列冷軋連續(xù)退火的熱處理雙相鋼(定名為CHLY,即冷軋高強度、低屈服點雙相鋼)和熱軋雙相鋼(定名為HHLY,即熱軋高強度、低屈服點雙相鋼)。CHLY系列的雙相鋼用于較薄規(guī)格(0.8mm),制作車外門部面板、車頂內半、行李蓋板、車身面板和保險杠;HHLY系列用于較厚規(guī)格(2.9mm以上),主要用于沖制保險杠加強體、車輪的輪輻和輪盤等零件。
日本鋼管(株)供應的一系列的熱軋雙相鋼板,定名為NKHA(表示日本鋼管熱軋合金),其抗拉強度在500~800MPa。該公司生產的冷軋雙相鋼定名為NKCA(表示日本鋼管冷軋合金),其抗拉強度在400~1000MPa。采用特殊的淬火回火工藝生產的烘烤硬化雙相鋼定名為NKCA-H。在連續(xù)退火生產線上生產的熱軋和冷軋雙相鋼分別定名為NKCA-L和NKHA-L。在這些鋼中,強度級別較高的鋼用于門撞擊橫梁、保險杠加強體,以減薄規(guī)格;強度級別較低的鋼用于車身外邊面板、車蓋板、門外部面板等,以改善沖壓成形性和壓痕抗力。
新日鐵(株)成批供應熱軋(SAFH和EGSAFH)和冷軋(SAFC和EGSAFC)雙相鋼,這些鋼提高了汽車零件的壓痕抗力,降低了路面噪聲和汽車總量,從而降低了油耗。該公司供應的雙相鋼有三個強度級別,強度較低的雙相鋼(σb=340~440MPa)用于制造車門外和內板、車身面板、車身后蓋板等。強度中的雙相鋼(σb=490~590MPa)用于制造車身各種框架和其他結構零件。強度較高的雙相鋼(σb=780~980MPa)用于制造汽車中各類安全零件,如框架、抗撞擊梁、彈簧支架、座位方框架、車體裝配支架等。
住友金屬(株)生產供應一系列熱軋(SHXD)和冷軋熱處理雙相鋼(SCXD)。該公司通過改變合金中的碳、硅、錳含量和工藝過程獲得了各種強度水平的雙相鋼板。熱處理工藝一般在連續(xù)退火生產線上進行,生產的雙相鋼供給一些汽車廠進行成形、車輪制造及疲勞壽命試驗。
北美
1975年美國通用汽車公司開始研究和實制雙相鋼,經過5年左右在一些鋼廠和汽車廠試驗之后,制定了用雙相鋼制造汽車零件(如保險杠、控制臂、輪輞、輪輻等)的技術規(guī)范。早期北美試制或生產的雙相鋼的牌號、化學成分和力學性能見表11-2。
起初,北美生產的雙相鋼都含有Cr、Mn、Si、V和Mo等提高淬透性的元素。臨界區(qū)熱處理是連續(xù)熱處理生產線(如不銹鋼退火生產線,改造的鍍鋅、鍍錫生產線)或批量退火爐中進行的。美國鋼公司、麥克勞斯鋼公司、詹斯拉古林鋼公司等就采用這些生產方法,其典型牌號為VAN-QN50、80、100或GM980X。
美國克里馬克斯鉬公司研究和發(fā)展了一種不需要熱處理的雙相鋼(即通過控制終軋溫度、終軋至盤卷的冷卻速度及盤卷溫度獲得所需的雙相組織),取名為ARDP,其性能和普通熱處理雙相鋼相當,但鋼中含有較高的Mn、Si、Ce、Mo等合金元素。美國克里馬克斯鉬公司與美國的其他一些鋼廠(如底特律鋼公司、克里特萊克鋼公司和福特汽車公司煉鋼部)以及加拿大的底法斯科公司已生產了ARDP。
1978年,通用汽車公司開始用雙相鋼制造某汽車零件,如“凱特勒克”牌汽車的前保險杠,“塞奇那”轉向齒輪的軸向軸節(jié)加強體,尤其是聯(lián)軸節(jié)加強體采用雙相鋼后,不僅改善了成形性,而且不再需要熱處理來提高強度。同時通用汽車公司研究得出,彎曲和拉延成形操作可使雙相鋼零件產生最大的強度增量,因此質量可大大減小。例如,用雙相鋼GM980X制造保險杠時,彎角處的屈服強度達到550MPa,質量減輕30%。用GM980X制造輪盤、輪輻時,成形工藝很方便,擴孔和焊接工藝未引起開裂。而普通低合金高強度鋼制造這類零件,很難通過焊接和擴孔操作工序。
通用汽車公司和福特汽車公司用雙相鋼制造的輪盤,除質量減少了14%外,疲勞壽命為普通碳鋼的2倍。由雙相鋼制造的客車輪輻,在超過整車試驗載荷50%以上的負載下進行疲勞試驗,壽命完全合格。
通用汽車公司和福特汽車公司用雙相鋼制造小汽車發(fā)動機罩殼,使板厚從原來的1.8mm減少到0.7mm,并保證了剛度要求。
由雙相鋼制造的小汽車車輪、底盤支架的實物照片見圖11-1。
歐洲
在雙相鋼的工業(yè)生產方面,歐洲一些主要國家落后于日本和美國。由于受鋼廠的設備條件限制,這些國家對熱軋雙相鋼餓興趣高于熱處理雙相鋼。歐洲試制或生產的雙相鋼牌號、化學成分和力學性能見表11-3。意大利的特柯賽德、法國的尤西諾、德國的霍斯奇,英國的BSC和GKN等公司在雙相鋼的研究、發(fā)展和生產方面都已取得進展,并試制和生產了一些板材供許多汽車嘗進行零件成形試驗。
意大利的熱柯賽德鋼公司已試制和生產了Mn-Si-Cr-Mo熱軋雙相鋼和Mn-V熱處理雙相鋼,其牌號分別為HS55-25Dual和HF500Dual,并且已用熱軋雙相鋼制成菲亞特(Fiat)131汽車車輪(板后3.5mm),用1mm厚的熱處理雙相鋼制成AI-FA汽車的擋風板和加強體構件。其車輪實物疲勞試驗由普通碳鋼的循環(huán)次數(shù)65000次提高到雙相鋼HS55-25Dual的420000次,即疲勞壽命提高可將近7倍。熱普通低合金高強度鋼HS40-30VAD制造的車輪,其實物疲勞強度僅為280000次,遠低于雙相鋼。
索可科公司生產的各種規(guī)格的熱軋Si-Cr-Mo雙相鋼,已在歐洲個汽車廠進行成形性評價和試驗。該公司在熱軋Si-Cr-Mo雙相鋼中加入少量稀土或鋯,以控制夾雜物的形狀;其具體成分依據(jù)軋制工藝、零件的厚度、形狀和用途而定。
法國尤西諾鋼公司研究了化學成分(Mn、Si、Mo、Cr、Al和B等)以及工藝參數(shù)(終軋溫度、冷卻速率、盤卷溫度等)對雙相鋼性能的影響,確定了熱軋雙相鋼的合理成分和工藝參數(shù),并試制了定名為Usilinght80的熱軋雙相鋼?,F(xiàn)已用這種熱軋雙相鋼板制造汽車車輪和其他各種復雜形狀的沖壓構件。
前聯(lián)邦德國霍斯奇公司試制了類似于克里馬克斯鉬公司的ARDP雙相鋼,并用于制造汽車車輪,其成形性和疲勞壽命試驗都令人滿意。
英國不僅對雙相鋼的變形和加工硬化特性、縮頸和斷裂抗力、延性斷裂機制以及改善延性斷裂抗力的途徑等基礎理論進行了研究,而且對雙相鋼的生產工藝、合金成分和性能進行了各種試驗。例如,Anelli等人進行了各種鉬含量的熱軋雙相鋼的工藝和性能試驗,測定了各種合金含量的Mn-Si-Cr-Mo-B系的未變形奧氏體的轉變特性,完成了實驗室模擬試驗,找出了適合于工業(yè)生產的不含鉬的熱軋雙相鋼的成分和工藝,降低了熱軋雙相鋼的價格。BSC公司在寬、窄軋機上試制了熱軋雙相鋼,并對合金元素對熱軋和熱處理雙相鋼性能的影響進行了研究,選定了兩種更經濟和更有效的合金成分進行工業(yè)試制。
瑞典在進行雙相鋼性能研究的同時,引進了日本的連續(xù)退火生產線,進行熱處理雙相鋼的試制和生產。目前瑞典SSAB公司高強度雙相鋼的生產和應用在世界上頗具特色。
總之,歐洲大多數(shù)鋼廠和汽車廠都積極參加了雙相鋼的研究、試制和性能評價。目前,雙相鋼在歐洲的生產和應用亦將迅速增長。尤其是米特爾-阿塞羅公司和蒂森公司生產的雙相鋼已在歐洲一些著名汽車廠中的名牌汽車上廣泛應用。
前蘇聯(lián)
前蘇聯(lián)對雙相鋼的研制和生產的報道較少,僅在1980年以后才發(fā)表了一些研究結果和評論文章。1980年,蘇聯(lián)中央黑色冶金研究院與伏爾特加綱管廠共同研究了厚截面(14mm厚)雙相鋼16гфр,其合金成分為0.16%C、1.35%Mn、0.3%Si、0.065%V、0.002%~0.005%B,經760~800℃加熱后,以30~50C/s的冷卻速度冷卻,從鋼板上取樣測得的性能為:σ0.2=430MPa,σb=760MPa,et=24.5%。
中國
中國從20世紀70年代后期,開始研究雙相鋼,除進行了雙相鋼的組織、性能、變形特性、斷裂特性、強化機制等應用的基礎研究外,一些鋼廠如鞍鋼、武鋼等已試制了一些熱軋和熱處理雙相鋼板,供有關汽車廠進行成形性能試驗和沖壓構件的使用。