Nauja technologijų pažanga: tiksli mikrostruktūros kontrolė, gamybos technologija ir nebrangių, didelio našumo GPa klasės šaltojo štampavimo plieno lakštų taikymas

Dėl Kinijos dvigubos anglies dioksido strategijos ir sparčios naujų energijos šaltinių transporto priemonių transformacijos, sinerginis automobilių lengvinimo ir avarijų saugos gerinimas tapo pagrindiniu pasauliniu automobilių pramonės tikslu. GPa klasės šaltasis štampavimas Plienas lakštai (tempimo stipris ≥1 GPa) sulaukia didelio dėmesio visame pasaulyje Plienasgamintojai ir originalios įrangos gamintojai (OEM) siekia didelio stiprumo, gero atsparumo korozijai, mažų formavimo sąnaudų ir mažų energijos sąnaudų. Nepaisant to, trys pagrindiniai pramonės trūkumai jau seniai riboja GPa klasės šaltojo štampavimo gamybą ir taikymą. Plienas.

Pirma, sunku pasiekti kelių funkcijų sinergiją. Sunku vienu metu pasiekti itin didelį stiprumą, formuojamumą, atsparumą vandenilio trapumui ir atsparumą skystųjų metalų trapumui (LME). Įprasti sprendimai remiasi brangiais legiruojančiais elementais, tokiais kaip Mo ir Cr, todėl medžiagų kaina didėja. Pagrindinis mechanizmas projektuojant nebrangias, didelio našumo GPa klasės medžiagas yra Plienas per mikrostruktūros inžineriją lieka neaišku.

Antra, stabili ir didelio efektyvumo gamyba yra iššūkis. Karštai valcuotas GPa klasės plienas Plienas Sudaro tankias, Si turtingas oksido apnašas, dėl kurių prastas ėsdinimo efektyvumas ir prastesnė paviršiaus kokybė. Heterogeninė minkštos ir kietos mikrostruktūra karštojo valcavimo juostose sukelia staigius šaltojo valcavimo jėgos svyravimus, dėl kurių atsiranda kraštų įtrūkimų ir juostų lūžių. Daug legiruotų karštojo valcavimo ritinių stiprumas yra itin didelis, artėjantis prie šaltojo valcavimo apkrovos ribų. Be to, dinaminis grūdinimas ir netolygi trintis šaltojo valcavimo metu daro įprastinius valcavimo modelius netikslius formos prognozavimui, todėl matmenų tikslumas yra prastas, o paviršiaus laužo nuostoliai dideli.

Trečia, paraiškų teikimo ir vertinimo sistemos yra nepilnos. GPa įvertinimas Plienas Štampavimo metu kyla didelis atatrankos pavojus, o taškinio suvirinimo metu kyla LME rizika, dėl ko kyla pavojus komponentų formavimui ir jungčių patikimumui. Galiojantys vandenilio trapumo ir nuovargio charakteristikų vertinimo standartai yra nepakankami medžiagų kvalifikacijai ir parinkimui. Nesant integruotos „medžiagos-proceso-komponento“ išankstinio projektavimo metodologijos, GPa klasė Plienas Taikymas yra ribotas, o jo dalis automobilių BIW rinkoje yra mažesnė nei 5 %.

Šiame projekte taikoma visos grandinės bendradarbiavimo inovacijų logika: „teorija-technologija-produktas-taikymas“. Tyrimas, skirtas brangiems, prastos kokybės produktams, nestabiliai gamybai ir riboto taikymo scenarijams, paaiškina mikrostruktūros poveikį formuojamumui, vandenilio trapumui ir LME mažai legiruoto C-Mn-Si GPa klasės metalams. Plienas, nustato kiekybinę daugiafazės mikrostruktūros konstravimo metodiką ir kuria tikslias daugiafazes bei gradientu stabilizuotas mikrostruktūros valdymo technologijas. Gamybos pusėje sukurta daugiaprocesė valdymo sistema, apimanti „paviršiaus reguliavimą, matricos minkštinimą, rekonstrukciją ir intelektualų bendradarbiaujantį valcavimą“. Taikymui ir vertinimui išspręstos spyruoklinės ir taškinio suvirinimo LME problemos; nustatyti vandenilio trapumo ir nuovargio bandymų ir vertinimo standartai. EVI įterpta lengvos konstrukcijos sistema teikia išsamius transporto priemonių lygio lengvos konstrukcijos sprendimus.

Svarbiausi novatoriški pasiekimai

1. Kiekybinis daugiafazės mikrostruktūros konstravimo metodas mažai legiruotai GPa klasei Plienas su subalansuotomis daugiafunkcinėmis savybėmis Projekte atskleidžiamas ferito, gradientu stabilizuoto išlikusio austenito ir šviežio martensito susiejimo poveikis formuojamumui, vandenilio trapumo įtrūkimo inicijavimui ir vandenilio-metionino (LME) plitimui. Heterogeninės deformacijos sukeltas (HDI) stiprinimas ir transformacijos sukeltas plastiškumas (TRIP) iš gradientu stabilizuoto austenito kartu pagerina formuojamumą. Patvirtintas optimalus mikrostruktūros langas: 10–30 % ferito, ≥12 % gradientu stabilizuoto austenito ir nulis šviežio martensito. Feritas slopina cinko segregaciją grūdelių ribose, kad sulėtintų LME įtrūkimo augimą ir sumažintų vandenilio įtrūkimo galiukus; labai stabilus austenitas sumažina vietinį įtempį ir atitolina vandenilio sukeltą lūžį. Remiantis minėtais rezultatais, siūloma nauja kiekybinė daugiafazės konstrukcijos teorija: kiekybiškai įvertintas feritas + gradientu stabilizuotas austenitas + nulis šviežio martensito.

Tiriamos kiekybinės koreliacijos tarp nuolatinio atkaitinimo parametrų ir daugiafazių mikrostruktūrų. Išaiškinama orientacijos priklausomo ferito įtaka elementų gradiento pasiskirstymui austenito viduje ir daugiapakopei martensitinei transformacijai. Kiekybiškai įvertinamas aušinimo greičio ir gesinimo temperatūros poveikis fazinės transformacijos kinetikai. Remiantis itin greito aušinimo nuolatinio atkaitinimo ir cinkavimo linijomis, sukurta daugiafazė bendradarbiaujanti gradiento stabilizavimo valdymo technologija. Sėkmingai sukurtos dvi nebrangios GPa klasės šaltojo štampavimo plieno rūšys (980 MPa ir 1180 MPa). Nenaudojant brangaus Mo/Cr lydinio, plienas sumažina plieno kainą daugiau nei 1100 CNY. Palyginti su tarptautiniais etalonais, skylių išsiplėtimo santykis padidėja 46 %, atsparumas vandenilio trapumui pagerėja daugiau nei 2 kartus, taškinio suvirinimo LME įtrūkimai visiškai pašalinami, o taškinio suvirinimo priėmimo rodiklis yra 100 %.

2. Daugiaprocesės bendradarbiaujančios gamybos technologijos, sprendžiančios ėsdinimo, juostų lūžimo ir formos kontrolės kliūtis Siekiant spręsti per didelės šaltojo valcavimo jėgos, kurią sukelia didelio stiprumo karštojo valcavimo juostos, problemą, sukurta karštojo valcavimo ritinių matricos homogenizavimo ir minkštinimo rekonstrukcijos technologija. Kraštų kaitinimas, adaptyvus kraštų ekranavimas ir asimetrinis U tipo vyniojimas leidžia sukurti homogeninę karštojo valcavimo mikrostruktūrą. Dėl aukštos temperatūros fazinės transformacijos, regeneracijos ir statinės rekristalizacijos martensito-bainito matrica paverčiama lygiaaše rupina ferito-perlito medžiaga, kuri tolygiai sumažina karštojo valcavimo juostos stiprumą. Atraižos ilgis sutrumpinamas nuo 20 m iki 10 m tikslumu, taip sumažinant plieno sąnaudas beveik 200 Kinijos juanių ir šaltojo valcavimo jėgą 45 %.

Taikomas novatoriškas mechaninis EPS nuovirų šalinimas kartu su turbulentiniu sraigtiniu ėsdinimu. Efektyviai pašalinamos tankios silicio turinčios nuoviros ir sukuriami mikrokanalai rūgštims prasiskverbti. Ėsdinimo greitis viršija 100 m/min. (25 % didesnis nei tarptautinių analogų), o paviršiaus spalvos skirtumo defektų rodiklis sumažėja žemiau 0,18 %.

Sukurtas termomechaninis susietasis dinaminis deformacijos ir atsparumo modelis. Genetiniu algoritmu optimizuotas BP neuroninis tinklas, GWO-KELM riedėjimo jėgos prognozavimas ir GSTSA globalus optimizavimo algoritmas realizuoja daugiakriterį kooptimizavimą trinties, juostos formos ir paviršiaus kokybės atžvilgiu. Šaltos juostos formos uždarojo ciklo paklaida ≤0,5 %, valcavimo juostos lūžio rodiklis mažesnis nei 0,8 %, o proceso našumas padidintas virš 96 %.

3. Taikymo vertinimo technologijos ir patentuota lengvinimo sistema didelio masto serijinei automobilių gamybai Siekiant išspręsti štampavimo metu susidariusios spyruoklinės ir taškinio suvirinimo LME problemas, atskleidžiama štampo geometrijos ir proceso parametrų įtaka spyruokliniam pasipriešinimui. Daugiafunkcis spyruoklinio pasipriešinimo valdymas, pagrįstas štampo kampo spinduliu, štampavimo greičiu ir tempimo briaunos konstrukcija, pagerina komponentų matmenų tikslumą. Naujasis „daugiajam impulsui + atleidimui“ skirtas taškinio suvirinimo procesas praplečia stabilų proceso langą nuo 0,8 kA iki 1,6 kA.

Eksploatacinių savybių vertinimo atotrūkiui nustatyti: siekiant pašalinti įprastinio U formos lenkimo bandymo trūkumus, iš pradžių pasiūlytas giluminio tempimo pagrindu sukurtas vandenilio trapumo bandymo metodas GPa klasės šaltojo štampavimo lakštams. Savarankiškai sukurtas išlinkimą apsaugantis įtaisas išsprendžia plonų (

Sukurta EVI viso ciklo lengvos konstrukcijos sistema, naudojant BIW daugiakriterę jautrumo analizę, skirtą komponentų lygmens diferencijuotam optimizavimui. 1,0 mm ir 1,4 mm plonasienis 980 MPa GPa klasės plienas pakeičia įprastą 350–650 MPa plieną sėdynių rėmams. Produktai naudojami 31 tipo automobilių dalims, įskaitant B statramsčius ir akumuliatorių korpusus. GPa klasės plieno BIW taikymo santykis padidėja nuo 5 % iki 11 %, maksimalus vienos dalies svorio sumažėjimas siekia 25 %, BIW masės sumažėjimas siekia 10 %, o tai atitinka C-NCAP 5 žvaigždučių susidūrimo saugos reikalavimus. Medžiagos buvo masiškai gaminamos 28 pagrindiniams automobilių modeliams.

Paraiškos rezultatai ir socialinė bei ekonominė nauda

Įgyvendinamos visos grandinės inovacijos, apimančios mikrostruktūros teoriją, gamybos procesus, vertinimo metodiką ir transporto priemonių pritaikymą. Pritaikius mažai legiruotą C-Mn-Si sudėtį ir itin greitą aušinimą, skylių plėtimosi santykis viršija 70 %; atsparumas vandenilio trapumui padvigubėja; visiškai pašalinami taškinio suvirinimo LME įtrūkimai. Išsamios savybės pranoksta tarptautinius etaloninius gaminius, o tonos plieno kaina sumažėja daugiau nei 1100 CNY.

Mechaninio nuovirų šalinimo ir turbulentinio ėsdinimo technologija padidina ėsdinimo efektyvumą 25 %. Karštosios juostos homogenizavimo ir minkštinimo rekonstrukcija sumažina laužo kiekį 90 %, o valcavimo jėgą – 45 %, taip išspręsdama ėsdinimo sunkumus, juostų lūžimą ir prastą didelio stiprumo plieno formos kontrolę, kad būtų galima užtikrinti stabilią masinę gamybą.

Išspręstos štampavimo su spyruoklėmis ir taškinio suvirinimo LME inžinerinės kliūtys. Suformuluoti penki grupiniai standartai, užpildantys vandenilio trapumo ir nuovargio vertinimo sistemos spragas. Produktai tiekiami 11 pagrindinių originalios įrangos gamintojų (OEM) prekių ženklų, įskaitant GAC, BYD, Mercedes-Benz, BMW ir Audi, apimantys 28 transporto priemonių modelius, kuriuose įrengta daugiau nei 10 milijonų transporto priemonių. Per pastaruosius trejus metus bendra produkcija pasiekė 810 000 tonų, o tai davė 4,7 milijardo CNY naujos produkcijos vertę ir 680 milijonų CNY ekonominės naudos. Parengti trisdešimt šeši autorizuoti išradimų patentai ir trisdešimt aštuoni akademiniai straipsniai.

Projektas gerokai padidina vietinio automobilių pramonei skirto pažangaus didelio stiprumo plieno tiekimo pajėgumus, formuoja pasaulines GPa klasės šaltojo štampavimo plieno technines tendencijas ir skatina automobilių plieno sektoriaus pramoninį modernizavimą.

Šaltinis: Kinijos metalų draugija