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     作者：吳波

    本文重點(diǎn)介紹國(guó)外鋼鐵企業(yè)高強(qiáng)度冷軋汽車板研發(fā)進(jìn)展情況.

    本文針對(duì)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求，選擇了日本新日鐵住金集團(tuán)新日鐵公司（簡(jiǎn)稱新日鐵公司）和日本JFE公司（簡(jiǎn)稱JFE公司）以及韓國(guó)浦項(xiàng)集團(tuán)（簡(jiǎn)稱浦項(xiàng)）這3家先進(jìn)企業(yè)進(jìn)行冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)的分析，并闡述了其最新產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展情況。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合汽車生產(chǎn)廠家的實(shí)際需求預(yù)測(cè)了下一步汽車板產(chǎn)品的研發(fā)熱點(diǎn)。 

    1   2012年全球汽車市場(chǎng)產(chǎn)銷情況

    2012年全球汽車產(chǎn)量排名情況見(jiàn)表l。 

    2012年中國(guó)是全球最大的汽車消費(fèi)國(guó)，汽車銷量約為1 930萬(wàn)輛，比2011年增長(zhǎng)4. 3%；其次為美國(guó)，輕型車2012年總銷量為1449萬(wàn)輛；第3為日本，汽車銷量為539萬(wàn)輛。在歐洲市場(chǎng)方面，英國(guó)和俄羅斯均實(shí)現(xiàn)了同比增長(zhǎng)，增長(zhǎng)幅度分別為5.3%，10. 6%。2013年中國(guó)汽車銷量為2198萬(wàn)輛，2014年約為2400萬(wàn)輛。從中國(guó)在全球汽車市場(chǎng)的推動(dòng)力來(lái)看，預(yù)計(jì)中國(guó)汽車產(chǎn)量在2015年將接近3000萬(wàn)輛，2020年達(dá)到4000萬(wàn)輛。

    2  汽車行業(yè)發(fā)展對(duì)冷軋汽車板的要求

    從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，鋼鐵企業(yè)研發(fā)汽車用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼非常有應(yīng)用前景。世界各大汽車生產(chǎn)廠家也逐步增加了高強(qiáng)度鋼的使用量，預(yù)測(cè)先進(jìn)高強(qiáng)度鋼在汽車上的占比從將2009年的7%增加到2015年的30%。而據(jù)國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)未來(lái)鋼質(zhì)汽車項(xiàng)目預(yù)測(cè)，到2020年抗拉強(qiáng)度級(jí)別在980 MPa及以上的高強(qiáng)度鋼將占整體車身用材的50%以上。

    總體認(rèn)為，汽車發(fā)展對(duì)冷軋汽車板新產(chǎn)品的要求有以下3點(diǎn)：

    1)先進(jìn)高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度產(chǎn)品研發(fā)。為了考慮更高的沖撞安全性，在車身前部、側(cè)面下部和側(cè)面上部等部位產(chǎn)品等級(jí)均需達(dá)到或超過(guò)980MPa。其中，前保險(xiǎn)杠用鋼最高強(qiáng)度等級(jí)為1 470 MPa，前懸置固定架用鋼最高強(qiáng)度等級(jí)為980 MPa，立柱用鋼最高強(qiáng)度等級(jí)為1 180 MPa。

汽車車身用鋼強(qiáng)度分布變化如圖1所示。

    2)汽車板表面處理產(chǎn)品研發(fā)。針對(duì)汽車制造商降低車體總制造成本以及應(yīng)對(duì)新型車體制造技術(shù)的要求，需要在合金化熱鍍鋅鋼板上進(jìn)行表面處理，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車板優(yōu)良的成形性、點(diǎn)焊性和涂裝性能等。日本的汽車用表面處理鋼板技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，企業(yè)通過(guò)裝備改造和工藝創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了不同的表面處理技術(shù)，如新日鐵公司的汽車板表面處理處理技術(shù)和JFE公司的JAZ ( JFE Advanced Zinc)納米表面處理技術(shù)。

    3)適應(yīng)減重加工的冷壓加工高強(qiáng)度冷軋產(chǎn)品研發(fā)。隨著汽車超高強(qiáng)度鋼的逐漸普及，研發(fā)超高強(qiáng)度鋼并在室溫?fù)碛袃?yōu)良變形能力的新產(chǎn)品是汽車生產(chǎn)廠家的新需求。2013年英菲尼迪Q50車型采用了新日鐵公司開(kāi)發(fā)的1.2 GPa級(jí)冷軋高強(qiáng)度鋼板，用在車身骨架的中柱加強(qiáng)件、側(cè)車頂縱梁及前車頂縱梁等車身構(gòu)件，未來(lái)該鋼種將逐步擴(kuò)大采用范圍。

    冷軋汽車用鋼抗拉強(qiáng)度與斷后伸長(zhǎng)率的關(guān)系如圖2所示。

    由圖2可見(jiàn)，1.2 GPa級(jí)冷軋高強(qiáng)度鋼的性能位于普通冷軋產(chǎn)品范圍之外。由于1.2 GPa級(jí)冷軋高強(qiáng)度鋼延伸性能能好，所以容易進(jìn)行冷加工。從汽車生產(chǎn)廠家的角度考慮，采用1.2 GPa級(jí)冷軋高強(qiáng)度鋼可減少后續(xù)加工工序，從而降低生產(chǎn)成本。

    3  先進(jìn)企業(yè)冷軋汽車板產(chǎn)品開(kāi)發(fā)情況

    3.1  新日鐵公司

    新日鐵公司實(shí)行差別化戰(zhàn)略研發(fā)汽車用鍍鋅板和高性能車用鋼，避免與其他鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)雷同產(chǎn)品。目前，新日鐵公司通過(guò)冶金學(xué)、分析技術(shù)、數(shù)值解析及應(yīng)用數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科來(lái)支撐冷軋汽車板開(kāi)發(fā)。

    3.1.1  冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)

    隨著鋼板強(qiáng)度的提高，鋼板沖壓成形性及焊接性能會(huì)有所下降。為了抑制這一現(xiàn)象，新日鐵公司通過(guò)控制微觀組織來(lái)提高材料強(qiáng)度，同時(shí)還重視通過(guò)加工模式來(lái)改善材料的加工成形性，具體的表現(xiàn)方式如下：

    1)當(dāng)關(guān)注產(chǎn)品整體斷后伸長(zhǎng)率時(shí)，通過(guò)添加有利于鐵素體組織生成的元素以及對(duì)連退設(shè)備的退火溫度模式進(jìn)行優(yōu)化，開(kāi)發(fā)在軟質(zhì)鐵素體基體組織上分散分布著通過(guò)淬火得到的硬質(zhì)馬氏體組織的產(chǎn)品。

    2)當(dāng)關(guān)注產(chǎn)品擴(kuò)孔性時(shí)，采用較低碳含量的成分設(shè)計(jì)，同時(shí)抑制較硬的粗大碳化物生成，得到均勻、單一的組織結(jié)構(gòu)來(lái)保證產(chǎn)品擴(kuò)孔性能和彎曲加工性能。

    3)當(dāng)需要產(chǎn)品具有整體延伸性能和擴(kuò)孔性能相平衡時(shí)，通過(guò)降低硬質(zhì)相和軟質(zhì)相的硬度差來(lái)確保復(fù)相組織整體延伸性。

    3.1.2  汽車板產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展

    新日鐵公司高強(qiáng)度冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展見(jiàn)表2。

    新日鐵公司冷軋DP鋼（雙相鋼）覆蓋了490 -1 270 MPa的7個(gè)級(jí)別。在熱鍍鋅DP鋼種中，有約70%為合金化熱鍍鋅產(chǎn)品。采用超高強(qiáng)度鋼專用生產(chǎn)線，新日鐵還開(kāi)發(fā)了DP1180。研發(fā)的TRIP鋼（相變誘導(dǎo)塑性鋼）強(qiáng)度級(jí)別為590，690，780 MPa，其中60%以上為合金化熱鍍鋅產(chǎn)品。

    3.2  JFE公司

    為了制造高強(qiáng)度鋼板，JFE公司新建了專門的連續(xù)退火裝備，用于開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度鋼板，這些產(chǎn)品應(yīng)用在汽車前后保險(xiǎn)杠部件、車門防撞梁和座椅框架等部件。隨著高強(qiáng)汽車板應(yīng)用量的增加，JFE公司還采用仿真軟件進(jìn)行相應(yīng)加工成形技術(shù)開(kāi)發(fā)，能夠滿足對(duì)超高強(qiáng)度鋼板要求的延伸性能、法蘭特性以及彎曲加工等各種加工成形性。

    3.2.1  冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)

    為了適應(yīng)汽車減重的需求，JFE公司采用低合金成分設(shè)計(jì)方案和具有水淬方式的連續(xù)退火生產(chǎn)線( JFE- WQ- CAL)研發(fā)出了抗拉強(qiáng)度為780-1 470 MPa的高強(qiáng)度冷軋汽車板產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的水淬工藝是從高溫開(kāi)始用噴流水連續(xù)對(duì)帶鋼進(jìn)行淬火，具有1000℃／s的高冷速，在板幅方向具有冷速均勻的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化水淬溫度和回火溫度可以在很大范圍內(nèi)調(diào)整硬質(zhì)第二相的體積分?jǐn)?shù)和硬度，開(kāi)發(fā)的雙相鋼具有大范圍的強(qiáng)度變化值。

    此外，由于采用了水淬工藝，JFE公司在設(shè)計(jì)材料成分方案時(shí)可以將碳當(dāng)量控制在0. 23以下，從而在滿足產(chǎn)品強(qiáng)度和成形性的同時(shí)，還改善了鋼板焊接部位的硬度。另外，應(yīng)對(duì)高強(qiáng)度汽車板在成形性和延遲破壞方面的特殊要求，JFE公司還進(jìn)行了特定產(chǎn)品研發(fā)，具體表現(xiàn)方式如下：

    1)應(yīng)對(duì)車體成形性能要求的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。對(duì)于強(qiáng)度在590 MPa的冷軋汽車板，JFE公司根據(jù)成形需求開(kāi)發(fā)了相應(yīng)產(chǎn)品，并根據(jù)加工方法以及所使用部件形狀來(lái)設(shè)計(jì)鋼板的性能。例如，對(duì)以中間柱為代表的沖壓成形部件，主要要求具有擴(kuò)張成形性，因此開(kāi)發(fā)斷后伸長(zhǎng)率較高的鋼板。前防撞梁要求具有擴(kuò)張成形和法蘭特性的復(fù)合要求，因此開(kāi)發(fā)了延伸性能和法蘭特性兼?zhèn)涞漠a(chǎn)品。

    對(duì)于980 MPa及以上的超高強(qiáng)產(chǎn)品，JFE公司采用以彎曲加工為主的成形工藝，即使在嚴(yán)酷彎曲加工條件下也能防止鋼板表面發(fā)生龜裂。同時(shí)，在鋼板進(jìn)行沖壓成形后會(huì)發(fā)生回彈，由此產(chǎn)生的零件尺寸缺陷會(huì)影響后續(xù)產(chǎn)品組裝和焊接工序，JFE公司為此生產(chǎn)了強(qiáng)度偏差很小的高強(qiáng)度鋼板。

    2)開(kāi)發(fā)具有耐延遲破壞特性的產(chǎn)品。由于鋼中氫的侵入會(huì)引起產(chǎn)品脆化，JFE公司在開(kāi)發(fā)1 180 MPa超高強(qiáng)度冷軋汽車板時(shí)考慮了這個(gè)因素，針對(duì)l 180 MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼制定了耐延遲破壞三元圖譜。因?yàn)檠舆t破壞都在負(fù)載應(yīng)力、塑性應(yīng)變和氫侵入較高的條件下發(fā)生，根據(jù)三元圖譜的范圍，可以定量地評(píng)價(jià)延遲破壞發(fā)生的危險(xiǎn)性，確定鋼板發(fā)生延遲破壞的區(qū)域。JFE公司通過(guò)這個(gè)手段還為后續(xù)產(chǎn)品的零件設(shè)計(jì)提供了耐延遲破壞標(biāo)準(zhǔn)。

    3.2.2   JFE公司汽車板產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展

目前，JFE公司能提供規(guī)格齊全并且具有良好的成形性、表面質(zhì)量和尺寸精度的冷軋產(chǎn)品，產(chǎn)品厚度為0.2 -3.2 mm。JFE公司高強(qiáng)度冷軋汽車板產(chǎn)品力學(xué)性能及應(yīng)用見(jiàn)表3。

    值得一提的是，JFE公司通過(guò)水淬方式研發(fā)出抗拉強(qiáng)度分別為1 320，l 470 MPa的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品具有一定的彎曲加工性、良好的焊接性和耐延遲破壞特性，應(yīng)用在保險(xiǎn)杠和鋼管門柱等部位。

    3.3浦  項(xiàng)

    2002年浦項(xiàng)將汽車用鋼定位為戰(zhàn)略產(chǎn)品，為了保障冷軋汽車板的研發(fā)能力，浦項(xiàng)在其2個(gè)制鐵所不斷提升汽車板生產(chǎn)線生產(chǎn)能力。2005年9月浦項(xiàng)在光陽(yáng)廠投產(chǎn)了第5條連續(xù)鍍鋅生產(chǎn)線，其年產(chǎn)能為45萬(wàn)t。2006年浦項(xiàng)建成了光陽(yáng)廠的第6條熱鍍鋅生產(chǎn)線，用于生產(chǎn)490，590 MPa級(jí)雙相鋼汽車面板。隨著第5，6條鍍鋅生產(chǎn)線的投產(chǎn)，浦項(xiàng)汽車板年產(chǎn)能達(dá)到了650萬(wàn)t。2012年4月浦項(xiàng)又投產(chǎn)了年產(chǎn)75萬(wàn)t的環(huán)保低成本連續(xù)鍍鋅生產(chǎn)線。

    3.3.1  浦項(xiàng)冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)

    浦項(xiàng)汽車板產(chǎn)品研發(fā)突出超輕型高強(qiáng)度汽車用鋼和強(qiáng)化鍍層質(zhì)量技術(shù)，具體包括以下2點(diǎn)：

    1)研發(fā)超輕型高強(qiáng)度汽車用鋼。浦項(xiàng)對(duì)于汽車用鋼的研發(fā)重點(diǎn)已經(jīng)由片面追求高強(qiáng)度轉(zhuǎn)向高強(qiáng)度與輕量型兼?zhèn)�。通常汽車總重量減輕10%會(huì)使C02排放量減少5%-8%。浦項(xiàng)研發(fā)的高強(qiáng)度汽車用鋼抗拉強(qiáng)度大于590 MPa，而厚度比中等強(qiáng)度鋼板還薄。浦項(xiàng)開(kāi)發(fā)的輕量型高強(qiáng)度汽車用鋼新產(chǎn)品主要有汽車立柱l 470 MPa級(jí)超高強(qiáng)度TWIP鋼（孿生誘發(fā)塑性鋼），可減輕車體重量；汽車加固梁用980 MPa級(jí)冷軋DP鋼，產(chǎn)品具有極好的延展性和成形性。

    2)突出鍍層質(zhì)量技術(shù)開(kāi)發(fā)。熱沖壓成形鋼表面需要鍍鋅，但是鋅基涂層在熱沖壓過(guò)程中容易氧化和蒸發(fā)而斷裂。為此，浦項(xiàng)正在研發(fā)新的含鋅涂層技術(shù)，使得帶鋼表面在加熱過(guò)程中能夠形成穩(wěn)定的Fe- Zn鍍層，使合金層中富鋅區(qū)域很小。形成的涂層在熱沖壓過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)金屬脆性敏感問(wèn)題，以防止沖壓裂紋。

    3.3.2  浦項(xiàng)冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展

    浦項(xiàng)高強(qiáng)度冷軋汽車板產(chǎn)品開(kāi)發(fā)情況見(jiàn)表4。

    目前，浦項(xiàng)可以提供從DP490~DP980共5個(gè)級(jí)別的冷軋和鍍鋅雙相鋼以及成形性能優(yōu)良的TRIP780和TRIP980鋼，且冷軋CP1180和CP1470也已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

    另外，浦項(xiàng)在TWIP鋼產(chǎn)品研發(fā)方面也走在世界前列，TWIP鋼課題被韓國(guó)政府列為重點(diǎn)研發(fā)課題。浦項(xiàng)研發(fā)的TWIP鋼主要化學(xué)成分大致為碳含量為0. 03% -1.50%、錳含量為5% -35%、鋁含量不大于3%以及硅含量不大于3%，其余為鐵。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中還可添加其他各種合金元素。浦項(xiàng)研發(fā)的TWIP鋼的斷后伸長(zhǎng)率為30% - 95%，抗拉強(qiáng)度為600 -1924 MPa，其抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率數(shù)均為TRIP鋼的2倍。

    4  冷軋汽車板下一步研發(fā)熱點(diǎn)

    汽車實(shí)現(xiàn)輕量化需要產(chǎn)品高強(qiáng)度和高塑性的匹配，低成本需要產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)低合金化和易加工化等。但高強(qiáng)度與高塑性很難同時(shí)獲得，如果能同時(shí)獲得這2種性能，就能很好地滿足汽車用鋼的要求。目前，雖然冷軋汽車用鋼產(chǎn)品種類很多，但是根據(jù)現(xiàn)有的汽車生產(chǎn)廠家的實(shí)際需求，目前只有DP系列高強(qiáng)度冷軋汽車板產(chǎn)品因兼顧了高強(qiáng)度和一定成形性而依然是汽車生產(chǎn)廠家的首選材料，鋼鐵企業(yè)需要在現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上大力開(kāi)發(fā)DP980和DP1180的冷軋和熱鍍鋅產(chǎn)品來(lái)滿足汽車生產(chǎn)廠家的需求。

    另外，隨著汽車用超高強(qiáng)度鋼逐漸普及，在室溫下就擁有優(yōu)良變形能力的超高強(qiáng)度鋼新品也成為汽車生產(chǎn)廠家的需求。日本開(kāi)發(fā)的1.2 GPa級(jí)冷軋高強(qiáng)度鋼采用了冷壓加工工藝，可減少后續(xù)加工工序和降低生產(chǎn)成本，具有潛在的市場(chǎng)需求，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)也將成為熱點(diǎn)。

汽車鍍層板中的鋅和鋅合金鍍層板因不易被腐蝕而成為經(jīng)濟(jì)的保護(hù)汽車板，在汽車工業(yè)的使用越來(lái)越多，鋅基復(fù)合鍍層的發(fā)展也很快，尤其是在歐美和日韓。如Zn-Mg-Al鍍層板具有與GA（合金化熱鍍鋅板）相當(dāng)?shù)目箾_壓擦傷性能，遠(yuǎn)優(yōu)于GI（熱鍍鋅板）的抗沖壓擦傷性能，同時(shí)又不發(fā)生粉化，很多先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)出了商業(yè)化產(chǎn)品。以浦項(xiàng)為例，浦項(xiàng)從2012年開(kāi)始在新裝的熱浸鍍鋅生產(chǎn)線上開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了Zn-Mg-Al鍍層板PosMac�？梢�(jiàn)，國(guó)外先進(jìn)企業(yè)都在加大Zn-Mg-Al鍍層的高強(qiáng)度汽車板產(chǎn)品研發(fā)，以應(yīng)對(duì)汽車行業(yè)對(duì)耐腐蝕性能的要求。國(guó)外先進(jìn)企業(yè)主要的Zn-Mg-Al鍍層板商業(yè)化產(chǎn)品見(jiàn)表5。 

    總之, 中國(guó)汽車行業(yè)進(jìn)入了穩(wěn)定發(fā)展的階段，鋼鐵企業(yè)應(yīng)抓住這個(gè)機(jī)遇，借鑒日本新日鐵住金集團(tuán)新日鐵公司（簡(jiǎn)稱新日鐵公司）和日本JFE公司（簡(jiǎn)稱JFE公司）以及韓國(guó)浦項(xiàng)集團(tuán)（簡(jiǎn)稱浦項(xiàng)）這3家先進(jìn)企業(yè)進(jìn)行冷軋汽車板產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行冷軋汽車用鋼新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，以占領(lǐng)市場(chǎng)制高點(diǎn)。