Nieuwe technologische vooruitgang: nauwkeurige microstructuurcontrole, productietechnologie en toepassing van voordelige, hoogwaardige koudstempelstaalplaten van GPa-kwaliteit.

Gedreven door China's duale koolstofstrategie en de snelle transitie naar elektrische voertuigen, is de synergetische verbetering van gewichtsbesparing en botsveiligheid in de auto-industrie een kerndoelstelling geworden voor de wereldwijde automobielsector. Koudgeperste staalplaten van GPa-kwaliteit (treksterkte ≥1 GPa) trekken veel aandacht van wereldwijde staalproducenten en OEM's vanwege hun hoge sterkte, goede corrosiebestendigheid, lage vormingskosten en lage energieverbruik. Desondanks hebben drie belangrijke industriële knelpunten de productie en toepassing van koudgeperste staalplaten van GPa-kwaliteit lange tijd beperkt.

Ten eerste is het lastig om synergie tussen meerdere eigenschappen te bereiken. Ultrahoge sterkte, vervormbaarheid, weerstand tegen waterstofbrosheid en weerstand tegen vloeibaar-metaalbrosheid (LME) zijn moeilijk tegelijkertijd te verkrijgen. Conventionele oplossingen zijn gebaseerd op dure legeringselementen zoals molybdeen en chroom, wat de materiaalkosten opdrijft. Het fundamentele mechanisme voor het ontwerpen van goedkoop, hoogwaardig staal met een hoge GPa-waarde door middel van microstructuurengineering blijft onduidelijk.

Ten tweede is een stabiele, zeer efficiënte productie een uitdaging. Warmgewalst staal van GPa-kwaliteit vormt een dichte, siliciumrijke oxidehuid, wat leidt tot een slechte beitsefficiëntie en een inferieure oppervlaktekwaliteit. De heterogene zacht-harde microstructuur in de warmgewalste banden veroorzaakt sterke schommelingen in de koudwalskracht, wat randscheuren en stripbreuk tot gevolg heeft. Warmgewalste coils van hooggelegeerd staal vertonen een extreem hoge sterkte die de belastingslimieten van de koudwalserij benadert. Bovendien maken dynamische harding en ongelijkmatige wrijving tijdens het koudwalsen conventionele walsmodellen onnauwkeurig voor vormvoorspelling, wat resulteert in een slechte maatnauwkeurigheid en een groot afvalverlies.

Ten derde zijn de toepassings- en evaluatiesystemen onvolledig. GPa-staal vertoont ernstige terugvering tijdens het stempelen en een risico op LME (Liquid Metal Efficiency) tijdens puntlassen, wat de componentvorming en de betrouwbaarheid van de verbinding in gevaar brengt. Geldige evaluatienormen voor waterstofbrosheid en vermoeiingsgedrag zijn onvoldoende voor materiaalkwalificatie en -selectie. Door het ontbreken van een geïntegreerde methodologie voor toekomstig ontwerp op basis van "materiaal-proces-component" is de toepassing van GPa-staal beperkt, met een aandeel van minder dan 5% in de carrosseriebouw van auto's.

Dit project hanteert een volledig ketengerichte, collaboratieve innovatielogica: "theorie-technologie-product-toepassing". Het onderzoek richt zich op dure producten met slechte prestaties, instabiele productieprocessen en beperkte toepassingsmogelijkheden. Het onderzoek verduidelijkt de effecten van de microstructuur op de vervormbaarheid, waterstofbrosheid en LME (Layered Microstructure Efficiency) van laaggelegeerd C-Mn-Si GPa-staal, stelt een kwantitatieve methodologie vast voor de constructie van meerfasige microstructuren en ontwikkelt nauwkeurige technologieën voor de beheersing van meerfasige en gradiëntgestabiliseerde microstructuren. Aan de productiezijde wordt een multiprocesbesturingssysteem ontwikkeld dat "oppervlakteregulering-matrixverzachtingsreconstructie-intelligent collaboratief walsen" omvat. Voor toepassing en evaluatie worden de problemen met terugvering en LME bij puntlassen opgelost; test- en evaluatienormen voor waterstofbrosheid en vermoeiing worden vastgesteld. Een in EVI (Electronic Vehicle Integration) geïntegreerd lichtgewicht ontwerpsysteem levert complete lichtgewichtoplossingen op voertuigniveau.

Belangrijkste innovatieve prestaties

1. Kwantitatieve methode voor de constructie van een meerfasige microstructuur voor laaggelegeerd GPa-staal met evenwichtige multi-eigenschappen. Het project onthult de koppelingseffecten van ferriet, gradiëntgestabiliseerd rest-austeniet en vers martensiet op de vervormbaarheid, de initiatie van waterstofbrosheidscheuren en de voortplanting van LME (Liquid Mass Efficiency). Heterogene vervormingsgeïnduceerde (HDI) versterking en transformatiegeïnduceerde plasticiteit (TRIP) van gradiëntgestabiliseerd austeniet verbeteren gezamenlijk de vervormbaarheid. Het optimale microstructuurvenster is bevestigd: 10%-30% ferriet, ≥12% gradiëntgestabiliseerd austeniet en geen vers martensiet. Ferriet onderdrukt zinksegregatie aan korrelgrenzen om de groei van LME-scheuren te vertragen en stompt de uiteinden van waterstofscheuren af; zeer stabiel austeniet verlicht lokale spanning en vertraagt ​​waterstofgeïnduceerde breuk. Op basis van bovenstaande bevindingen wordt een nieuwe kwantitatieve meerfasenconstructietheorie voorgesteld: gekwantificeerd ferriet + gradiënt-gestabiliseerd austeniet + nul vers martensiet.

Kwantitatieve correlaties tussen parameters van continu gloeien en meerfasige microstructuren worden bestudeerd. De invloed van oriëntatie-afhankelijk ferriet op de elementgradiëntverdeling binnen austeniet en de meertraps martensitische transformatie wordt opgehelderd. De effecten van afkoelsnelheid en afschriktemperatuur op de fasetransformatiekinetiek worden gekwantificeerd. Met behulp van ultrasnelle continu gloei- en galvaniseerlijnen wordt een technologie voor de beheersing van de meerfasige, collaboratieve gradiëntstabilisatie ontwikkeld. Twee goedkope koudstempelstaalsoorten met een GPa-waarde van 980 MPa en 1180 MPa zijn succesvol ontwikkeld. Zonder de dure toevoeging van Mo/Cr-legeringen worden de kosten per ton staal met meer dan 1100 CNY verlaagd. Vergeleken met internationale normen stijgt de gatvergrotingverhouding met 46%, verbetert de weerstand tegen waterstofbrosheid met meer dan een factor 2 en worden LME-scheuren bij puntlassen volledig geëlimineerd met een acceptatiegraad van 100% voor puntlassen.

2. Samenwerkingstechnologieën voor de productie van meerdere processen die knelpunten bij het beitsen, stripbreuk en vormcontrole oplossen. Om de overmatige koudwalskracht van zeer sterke warmgewalste banden aan te pakken, is een technologie voor matrixhomogenisatie en -verzachting van warmgewalste coils ontwikkeld. Gerichte randverwarming, adaptieve randafscherming en asymmetrische U-vormige oproling zorgen voor een homogene warmgewalste microstructuur. Door faseomzetting bij hoge temperatuur, herstel en statische herkristallisatie wordt de martensiet-bainietmatrix omgezet in gelijkassige, grofkorrelige ferriet-perliet, wat de sterkte van de warmgewalste band uniform verlaagt. De lengte van het kop-staartafval wordt verkort van 20 m tot minder dan 10 m, waardoor de kosten per ton staal met bijna 200 CNY dalen en de koudwalskracht met 45% afneemt.

Een innovatieve EPS-mechanische ontkalking in combinatie met beitsen onder turbulente stroming wordt toegepast. Dichte, siliciumrijke aanslag wordt efficiënt verwijderd en er worden microkanalen gecreëerd voor zuurpenetratie. De beitssnelheid bedraagt ​​meer dan 100 m/min (25% hoger dan internationale standaarden) en het percentage defecten door kleurverschillen aan het oppervlak daalt tot onder de 0,18%.

Er is een thermomechanisch gekoppeld dynamisch vervormingsweerstandsmodel ontwikkeld. Een genetisch algoritme-geoptimaliseerd BP-neuraal netwerk, het GWO-KELM-walskrachtvoorspellingsalgoritme en het GSTSA-algoritme voor globale optimalisatie realiseren multi-objectieve co-optimalisatie voor wrijving, stripvorm en oppervlaktekwaliteit. De gesloten-lusfout van de koudgewalste stripvorm is ≤0,5%, het breukpercentage van de walsstrip is lager dan 0,8% en het procesrendement is verhoogd tot boven de 96%.

3. Toepassingsevaluatietechnologieën en een eigen lichtgewichtsysteem voor grootschalige serieproductie van auto-onderdelen Om het probleem van terugvering bij stempelen en LME bij puntlassen op te lossen, worden de gecombineerde invloeden van matrijsgeometrie en procesparameters op de terugvering onthuld. Multi-objectieve terugveringcontrole op basis van matrijshoekradius, stempelsnelheid en trekrandontwerp verbetert de dimensionale nauwkeurigheid van componenten. Een nieuw "multi-puls + temperen" puntlasproces vergroot het stabiele procesbereik van 0,8 kA tot 1,6 kA.

Om de kloof in de evaluatie van de gebruiksprestaties te overbruggen, wordt een op dieptrekken gebaseerde testmethode voor waterstofbrosheid voorgesteld voor koudgestempelde platen van GPa-kwaliteit. Deze methode ondervangt de nadelen van de conventionele U-buigproef. Een zelfontwikkeld anti-knikarmatuur lost knikfalen op bij dunne (

Een EVI-systeem voor lichtgewicht constructies, dat de volledige cyclus omvat, is ontwikkeld met behulp van een multi-objectieve gevoeligheidsanalyse voor carrosserieonderdelen (BIW) om gedifferentieerde optimalisatie op componentniveau mogelijk te maken. 1,0 mm en 1,4 mm dunwandig staal met een treksterkte van 980 MPa (GPa) vervangt conventioneel staal met een treksterkte van 350-650 MPa voor toepassingen in stoelframes. De producten worden toegepast in 31 soorten auto-onderdelen, waaronder B-stijlen en accubehuizingen. Het aandeel van GPa-staal in de carrosserieonderdelen stijgt van 5% naar 11%, de maximale gewichtsvermindering per onderdeel bereikt 25% en de totale massa van de carrosserie wordt met 10% verminderd, waarmee wordt voldaan aan de C-NCAP 5-sterren crashtesteisen. De materialen worden in massaproductie toegepast in 28 gangbare automodellen.

Toepassingsresultaten en sociaaleconomische voordelen

Er zijn innovaties doorgevoerd in de gehele keten, van microstructuurtheorie en productieprocessen tot evaluatiemethodologie en voertuigtoepassingen. Door de toepassing van een laaggelegeerde C-Mn-Si-samenstelling in combinatie met ultrasnelle koeling, bedraagt ​​de gatvergroting meer dan 70%; de weerstand tegen waterstofbrosheid is verdubbeld; LME-scheuren bij puntlassen zijn volledig geëlimineerd. De algehele eigenschappen overtreffen die van internationale referentieproducten, met een kostenbesparing van meer dan 1100 CNY per ton staal.

Mechanische ontkalking en turbulente beitstechnologie verhogen de beitsefficiëntie met 25%. Hete bandhomogenisatie en -verzachting verminderen het afvalpercentage met 90% en de walskracht met 45%, waardoor problemen met beitsen, bandbreuk en slechte vormcontrole bij hoogsterktestaal worden opgelost en stabiele massaproductie mogelijk wordt.

Technische knelpunten bij het terugveren van stempels en het puntlassen van LME zijn opgelost. Vijf groepsnormen zijn geformuleerd die lacunes in het evaluatiesysteem voor waterstofbrosheid en vermoeiing opvullen. De producten worden geleverd aan 11 grote OEM-merken, waaronder GAC, BYD, Mercedes-Benz, BMW en Audi, voor 28 voertuigmodellen met meer dan 10 miljoen voertuigen. De cumulatieve productie bedraagt ​​de afgelopen drie jaar 810.000 ton, wat een nieuwe productiewaarde van 4,7 miljard CNY en een economisch voordeel van 680 miljoen CNY oplevert. Er zijn 36 octrooien en 38 wetenschappelijke publicaties verkregen.

Het project vergroot de binnenlandse productiecapaciteit van geavanceerd, hoogwaardig staal voor de automobielindustrie aanzienlijk, geeft richting aan de wereldwijde technische trends op het gebied van koudvervormbaar staal met een GPa-waarde en bevordert de industriële modernisering van de automobielstaalsector.

Bron: De Chinese Vereniging voor Metalen