内容简介

结合四年来冷轧方向，在高精度冷轧板形控制、边部减薄控制系统研发与应用；在连续退火快速预热、快速加热（感应、直燃快速加热技术）细化晶粒和优化喷气冷却速率和开发无氧化快速气雾冷却工艺技术；在冷轧博带涂镀质量控制工艺与装备技术研发，综合上述冷温轧制和快速热处理工艺与装备关键技术，在高性能冷轧汽车用钢工艺与产品研发方面取得突破性进展。结合实验室科学研究和工业化中试示范线建设以及工业化应用过程中产生的科学技术问题及解决方案进行较细致的描述，解决我国高端冷轧板带钢生产工艺和产品制备瓶颈问题。

前言概述

随着全球能源危机和环境恶化的日益加剧，安全、节能和环保已成为汽车制造业的发展趋势。在保证使用安全的前提下，汽车轻量化是汽车节能减排最有效的方法，也是汽车制造商提高产品市场竞争力的关键。为此，全球各大钢铁企业纷纷致力于研制并开发成本低廉且兼具高强度和良好塑性韧性的新型汽车用超高强钢。最近，安赛乐米塔尔、新日铁住金等国际著名钢铁公司纷纷推出了具有更好的成形性、延展性和涂镀性能的新型超高强钢，如Fortiform980Extragal、SHF980等，可实现复杂汽车零部件冷成形，能够满足汽车轻量化以及日益严格的碰撞和安全性能要求。我国宝钢利用具有“高温均热、高速冷却和淬火提温”功能的专用退火线实现了1000~1500MPa级冷轧淬火配分（Q&P）钢的全球首发。其中Q&P980用于AB柱加强板、车门铰链加强板等结构件，现已推广到多家自主及合资品牌车型。鞍钢采用“快速冷却两步配分”工艺在连退生产线上成功试制了AQ&P980冷轧板，并制定了Q&P钢的企业标准。与国外相比，尽管我国在少数高端产品领域具有一席之地，但总体而言，国内汽车板市场仍然存在产品单一、生产成本高、性能质量不稳定、高端钢材研发能力不足等问题，特别是在新型高成形性超高强度汽车板研发和制造方面仍有较大提升空间。冷轧Q&P钢制造过程过度依赖具有“淬火提温”等特殊功能且造价高昂的专用退火线，且在成形性和延展性方面仍有较大提升空间，同时与新型超高强钢相匹配的成形、焊接等用户使用技术没有实现突破，这极大影响了新一代先进汽车钢的工业化进程。为此，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL）在国家重点研发计划、国家自然科学基金以及多项钢铁企业合作项目的支持下，围绕“新一代高强塑积汽车用钢的开发”“高成形性1000MPa超高强钢的研究与开发”“高延伸型淬火配分钢组织性能调控新技术”等研究课题，立足国内现有的热轧、冷轧与传统连续退火线，针对淬火配分工艺的热动力学理论、相变和配分机理以及组织-性能关系等开展基础研究，澄清全新组织设计和制造工艺下超高性能钢强度、韧塑性的结构起源，提出新型高强塑积淬火配分钢的工艺路线与组织性能调控策略，开发具有高成形性、超高强度、可镀可焊的新一代汽车钢工业化制造技术，通过降低合金和生产成本，实现现有产品的结构调整和优化升级，改善和提升产品的附加值，推动汽车用材轻量化进程，从而在日益严峻的市场竞争下，助力钢铁企业实现巨大经济和社会效益。
2研究进展与成果东北大学许云波教授团队在淬火配分工艺、组织演变基础理论与工业化实践等方面深耕多年，以低碳硅锰系、低硅含磷系、低硅锰铝系等成分为基础，将TMCP工艺、原奥氏体调控与相变诱导塑性（TRIP）效应相关联，提出了“热轧动态配分”（HDQ&P）的新概念，拓展了Q&P工艺的应用领域，有效提高了热轧Q&P钢的强塑性能。在此基础上，本团队针对冷轧超高强Q&P钢，从热动力学模拟、连续冷却相变行为、高温变形行为、热轧与冷轧退火工艺调控和工业化生产及用户使用技术等方面进行了深入系统的研究，突破过分依赖马氏体向奥氏体碳配分的传统框架，提出了“铁素体、贝氏体和马氏体协同碳配分”的增强增塑新思路，建立了基于热动力学相关性的典型微纳米结构形成与演化物理冶金基础理论，探索了不同初始结构的遗传作用和材料在室温变形过程中微观响应机制，阐释了全新组织设计和制备工艺下超高性能钢强度、韧塑性的结构起源，形成了全流程工艺、组织和力学性能的一体化控制技术。在此基础上，依托国内某钢铁企业的传统连续退火生产线，本团队采用“较低冷速(≤40°Cs)一步配分”工艺全球首次成功开发出了冷轧Q&P980产品。成品板屈服强度不小于600MPa，抗拉强度不小于980MPa，断后伸长率可达25%以上，成形性能优异，强塑积达到27GPa·%。该技术打破了“只有具备淬火提温功能的专用超高强钢退火线才能生产Q&P钢”的传统认识，并且残余奥氏体体积分数和强塑积等指标均超越同级别“两步配分钢”，替代590MPa级传统高强钢可实现减重20%。本团队针对新开发“一步配分”Q&P980钢开展成形性能、可焊性能及用户使用技术等研究，分析影响拉延、旋压、扩孔、回弹等成形及延伸凸缘性能的主要工艺和组织因素，形成专有的使用和评价技术；分析焊接热影响区组织性能变化，改进和优化电阻电焊工艺；利用剪切拉伸、十字拉伸等手段，结合微观组织分析对焊接接头的力学性能与可靠性进行评价；阐明材料强韧化机理与服役性能最优判据及其断裂特性，形成与冷冲压超高强度钢相匹配的用户应用关键技术，为超高强韧汽车钢的零部件制造提供全链条支撑。此外，针对第三代中锰钢Mn含量高和工业适应性差等技术瓶颈，本团队从组织性能控制的冶金学原理与工业化制造关键技术等方面开展研究，突破了合金减量化下材料组织结构设计和增强增塑的理论难题，开发出Mn减量化（w(Mn)≤3%）高成形性超高强汽车钢工业化原型技术，980MPa级产品断后伸长率可达30%~40%，同时屈服强度可达700MPa以上，该性能全面超越w(Mn)=5%～10%钢，具有良好的工业适应性和广阔的应用前景。新技术的成功开发和应用被世界金属导报、中国新闻网、沈阳日报、东北新闻网等多家媒体宣传报道，引起了企业和社会的广泛关注，对推动我国第三代先进高强钢研发与应用，实现国际领先的发展目标具有重要意义。

作者介绍

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（简称RAL）是我国轧制技术领域唯一的国家重点实验室，多年来取得了非常丰富的科研成果。本简报是该实验室2013年各项工作的总结，全面反映了实验室2013年取得的各方面的科研成果。

目录

摘要

11绪论

311先进高强钢发展概况

312Q&P钢的理论基础

6121淬火配分工艺的背景与理论基础

6122热力学与动力学基础研究

7123复杂相变过程及对碳配分的影响

913Q&P钢的成分与工艺

10131Q&P钢的合金成分设计

10132多元化Q&P工艺路线

1214Q&P钢的典型组织与力学性能

1315Q&P钢工业现状1816用户使用技术研究

19161Q&P980在汽车零部件行业的使用

19162Q&P980的成形性能

21163焊接工艺与接头性能

2217研究背景与研究内容

262Q&P钢的热动力学模拟

2821基本热力学计算

28211平衡相图

29212各相平衡成分的计算

30213有效碳含量计算

31214T0温度计算

3322最佳淬火温度模拟计算

33221计算模型与步骤

34222计算结果

3523动力学模拟计算

38231固定界面模拟

38232迁移界面模拟

4124本章小结

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