Novu prugressu tecnologicu: cuntrollu di microstruttura di precisione, tecnulugia di fabricazione è applicazione di lamiere d'acciaiu per stampa à fretu di qualità GPa à bassu costu è alte prestazioni

Spintu da a strategia duale di carbone di a Cina è da a rapida trasfurmazione di i veiculi à nova energia, u miglioramentu sinergicu di u pesu ligeru di l'automobile è di e prestazioni di sicurezza in casu d'impattu hè diventatu un obiettivu mundiale fundamentale per l'industria automobilistica. E lamiere d'acciaio stampate à fretu di qualità GPa (resistenza à a trazione ≥1 GPa) attiranu una larga attenzione trà i pruduttori d'acciaio è l'OEM mundiali per l'alta resistenza, a bona resistenza à a corrosione, u bassu costu di formatura è u bassu cunsumu energeticu. Tuttavia, trè principali colli di buttiglia industriali anu dapoi tantu tempu limitatu a fabricazione è l'applicazione di l'acciaio stampatu à fretu di qualità GPa.

Prima, a sinergia multi-prestazioni hè difficiule da ottene. A resistenza ultra-alta, a furmabilità, a resistenza à a fragilità da l'idrogenu è a resistenza à a fragilità da i metalli liquidi (LME) sò difficiuli da ottene simultaneamente. E suluzioni cunvinziunali si basanu nantu à elementi di lega costosi cum'è Mo è Cr, ciò chì face cresce u costu di i materiali. U mecanismu fundamentale per a cuncepimentu di l'acciaiu GPa à alte prestazioni à bassu costu via l'ingegneria di microstrutture ferma pocu chjaru.

Siconda, a pruduzzione stabile è ad alta efficienza hè difficiule. L'acciaiu laminatu à caldu di qualità GPa forma una densa scala d'ossidu ricca di Si, chì porta à una scarsa efficienza di decapaggio è à una qualità superficiale inferiore. A microstruttura eterogenea di tipu dolce-dura in e bande calde provoca una fluttuazione violenta di a forza di laminazione à fretu, pruvucendu cricche di i bordi è rottura di e strisce. E bobine laminate à caldu altamente legate presentanu una resistenza estremamente elevata chì si avvicina à i limiti di carica di laminazione à fretu. Inoltre, l'indurimentu dinamicu è l'attritu non uniforme durante a laminazione à fretu rendenu i mudelli di laminazione convenzionali imprecisi per a previsione di a forma, risultendu in una scarsa precisione dimensionale è in una grande perdita di scarti.

Terzu, i sistemi d'applicazione è di valutazione sò incompleti. L'acciaiu di qualità GPa soffre un forte ritornu elasticu durante a stampatura è un risicu LME durante a saldatura à punti, minaccendu a furmazione di i cumpunenti è l'affidabilità di i giunti. I standard di valutazione validi per a fragilità da l'idrogenu è e prestazioni di fatica sò insufficienti per a qualificazione è a selezzione di i materiali. In mancanza di una metodologia integrata di cuncepimentu avanti "materiale-prucessu-cumpunente", l'applicazione di l'acciaiu di qualità GPa hè limitata, cù a so quota in u BIW automobilisticu inferiore à u 5%.

Stu prughjettu adotta una logica d'innuvazione collaborativa à catena cumpleta: "teoria-tecnologia-produttu-applicazione". Destinata à i prudutti di scarsa prestazione à altu costu, a pruduzzione instabili è i scenarii d'applicazione limitata, a ricerca chiarisce l'effetti di a microstruttura nantu à a furmabilità, a fragilizazione da l'idrogenu è l'LME per l'acciaiu C-Mn-Si GPa à bassa lega, stabilisce una metodologia quantitativa di custruzzione di microstrutture multifase è sviluppa tecnulugie precise di cuntrollu di microstrutture multifase è stabilizate da gradiente. Da u latu di a fabricazione, hè custruitu un sistema di cuntrollu multiprocessu chì copre "regulazione di a superficia-ricostruzione di rammollimentu di a matrice-laminazione collaborativa intelligente". Per l'applicazione è a valutazione, sò risolti LME di springback è di saldatura à punti; sò stabiliti standard di prova è valutazione per a fragilizazione da l'idrogenu è a fatica. Un sistema di cuncepimentu leggeru integratu in EVI furnisce suluzioni leggere cumplete à livellu di veiculu.

Rializazioni Innovative Chjave

1. Metudu quantitativu di custruzzione di microstrutture multifase per acciaio di qualità GPa à bassa lega cù multiproprietà equilibrate U prugettu palesa l'effetti di accoppiamentu di a ferrite, di l'austenite ritenuta stabilizzata da u gradiente è di a martensite fresca nantu à a furmabilità, l'iniziu di e crepe per fragilizazione da l'idrogenu è a propagazione di l'LME. U rinfurzamentu indottu da a deformazione eterogenea (HDI) è a plasticità indotta da a trasfurmazione (TRIP) da l'austenite stabilizzata da u gradiente migliuranu inseme a furmabilità. A finestra di microstruttura ottima hè cunfirmata: 10%-30% di ferrite, ≥12% di austenite stabilizzata da u gradiente è zero martensite fresca. A ferrite sopprime a segregazione di u zincu à i limiti di i grani per ritardà a crescita di e crepe LME è smussà e punte di e crepe per idrogenu; l'austenite altamente stabile allevia u stress lucale è ritarda a frattura indotta da l'idrogenu. Basatu annantu à i risultati sopra, hè pruposta una nova teoria quantitativa di custruzzione multifase: ferrite quantificata + austenite stabilizzata à gradiente + martensite fresca zero.

E correlazioni quantitative trà i parametri di ricottura cuntinua è e microstrutture multifase sò studiate. L'influenza di a ferrite dipendente da l'orientazione nantu à a distribuzione di u gradiente di l'elementi in l'austenite è a trasfurmazione martensitica multistadio hè chiarita. L'effetti di a velocità di raffreddamentu è di a temperatura di tempra nantu à a cinetica di trasfurmazione di fase sò quantificati. Supportata da linee di ricottura è galvanizzazione cuntinua à raffreddamentu ultrarapidu, hè stata sviluppata una tecnulugia di cuntrollu di stabilizazione di u gradiente collaborativa multifase. Dui gradi d'acciaio per stampaggio à fretu di qualità GPa à bassu costu (980 MPa è 1180 MPa) sò sviluppati cù successu. Senza l'aggiunta costosa di lega Mo/Cr, l'acciaio riduce u costu di l'acciaio tonnellata di più di 1100 CNY. Rispetto à i benchmark internaziunali, u rapportu di espansione di i fori aumenta di u 46%, a resistenza à a fragilità da l'idrogenu migliora di più di 2 volte, e crepe LME di a saldatura à punti sò cumpletamente eliminate cù un tassu di accettazione di a saldatura à punti di u 100%.

2. Tecnulugie di fabricazione collaborativa multiprocessu chì risolvenu i prublemi di decapaggio, rottura di strisce è colli di bottiglia di cuntrollu di forma Per affrontà a forza eccessiva di laminazione à fretu da e bande calde d'alta resistenza, hè stata sviluppata una tecnulugia di omogeneizazione di a matrice è di ricustruzzione di l'ammorbidimentu per e bobine laminate à caldu. U riscaldamentu miratu à i bordi, a schermatura adattativa di i bordi è l'avvolgimentu asimmetricu di tipu U realizanu una microstruttura omogenea laminata à caldu. Attraversu a trasfurmazione di fase à alta temperatura, u recuperu è a ricristallizazione statica, a matrice martensite-bainite hè trasformata in ferrite-perlite grossolana equiassiale, chì diminuisce uniformemente a resistenza di a banda calda. A lunghezza di i rottami di testa è coda hè accorciata da 20 m à 10 m, riducendu u costu di l'acciaiu per tonnellata di quasi 200 CNY è riducendu a forza di laminazione à fretu di u 45%.

Hè applicata una decalcificazione meccanica innovativa di l'EPS cumminata cù u decapaggio à flussu turbulente. A densa scala ricca di Si hè eliminata efficacemente è si creanu microcanali per a penetrazione di l'acidu. A velocità di decapaggio supera i 100 m/min (25% più alta chè i so omologhi internaziunali), è u tassu di difetti di differenza di culore di a superficia scende sottu à 0,18%.

Un mudellu di resistenza à a deformazione dinamica accoppiata termomeccanicamente hè custruitu. A rete neurale BP ottimizzata da algoritmi genetichi, a previsione di a forza di laminazione GWO-KELM è l'algoritmu di ottimizazione globale GSTSA realizanu una co-ottimizazione multi-ubbiettivu per l'attritu, a forma di a striscia è a qualità di a superficia. Errore in circuitu chjusu di a forma di a striscia fredda ≤0,5%, tasso di rottura di a striscia di laminazione inferiore à 0,8%, è rendimentu di u prucessu aumentatu sopra u 96%.

3. Tecnulugie di valutazione di l'applicazione è sistema di alleggerimentu pruprietariu per a pruduzzione seriale automobilistica di grande volume Per risolve u prublema di u springback di stampaggio è di a LME di a saldatura à punti, sò state rivelate l'influenze di l'accoppiamentu di a geometria di a matrice è di i parametri di u prucessu nantu à u springback. U cuntrollu di u springback multi-ubbiettivu basatu annantu à u raghju di l'angulu di a matrice, a velocità di stampaggio è u disignu di u cordone di trazione migliora a precisione dimensionale di i cumpunenti. Un novu prucessu di saldatura à punti "multi-impulsu + rinvenimentu" allargisce a finestra di prucessu stabile da 0,8 kA à 1,6 kA.

Per a lacuna di valutazione di e prestazioni di serviziu: un metudu di prova di fragilizazione di l'idrogenu basatu annantu à a imbutitura prufonda hè statu inizialmente prupostu per e lamiere di stampa à fretu di qualità GPa per superà l'inconvenienti di a prova cunvinziunale di piegatura à U. Un dispositivu anti-instabilità sviluppatu da ellu stessu risolve u prublema di instabilità per i campioni di fatica di calibru sottile (

Un sistema di cuncepimentu ligeru à ciclu cumpletu EVI hè custruitu cù l'analisi di sensibilità multi-ubbiettivu BIW per l'ottimisazione differenziata à livellu di cumpunenti. L'acciaiu di qualità GPa di 980 MPa à calibru sottile di 1,0 mm è 1,4 mm rimpiazza l'acciai cunvinziunali 350-650 MPa per l'applicazioni di u quadru di i sedili. I prudutti sò aduttati per 31 tipi di pezzi di ricambio auto, cumpresi i pilastri B è l'alloggiamenti di i pacchi batteria. U rapportu d'applicazione BIW di l'acciaiu di qualità GPa aumenta da 5% à 11%, a riduzione massima di u pesu di una sola parte righjunghje u 25%, a riduzione di massa BIW righjunghje u 10%, suddisfendu i requisiti di sicurezza in casu d'incidente à 5 stelle C-NCAP. I materiali sò stati prudutti in massa per 28 mudelli di veiculi mainstream.

Risultati di l'applicazione è benefici socioeconomichi

Innuvazioni à catena cumpleta chì coprenu a teoria di a microstruttura, i prucessi di fabricazione, a metodologia di valutazione è l'applicazione di i veiculi sò state realizate. Aduttendu una cumpusizione C-Mn-Si à bassa lega più un raffreddamentu ultrarapidu, u rapportu di espansione di i fori supera u 70%; a resistenza à a fragilizazione da l'idrogenu hè radduppiata; e crepe LME di a saldatura à punti sò cumpletamente eliminate. E proprietà cumplete superanu i prudutti di riferimentu internaziunali cù una riduzione di u costu di l'acciaiu in tunnellate di più di 1100 CNY.

A tecnulugia di decalcitrazione meccanica è di decapaggio turbulente aumenta l'efficienza di decapaggio di 25%. A ricostruzione di omogeneizzazione-ammorbidimento a banda calda riduce u tassu di scarti di 90% è a forza di laminazione di 45%, risolvendu a difficultà di decapaggio, a rottura di e nastri è u scarsu cuntrollu di a forma per l'acciaio ad alta resistenza per permette una pruduzzione di massa stabile.

I colli di buttiglia ingegneristici di u spinback di stampaggio è di a saldatura à punti LME sò stati risolti. Cinque standard di gruppu sò stati formulati per riempie e lacune in u sistema di valutazione di a fragilità da idrogenu è di a fatica. I prudutti sò furniti à 11 marche OEM principali, cumprese GAC, BYD, Mercedes-Benz, BMW è Audi, chì coprenu 28 mudelli di veiculi cù più di 10 milioni di veiculi equipaggiati. A pruduzzione cumulativa righjunghje 810 000 tunnellate in l'ultimi trè anni, purtendu 4,7 miliardi di CNY di novu valore di pruduzzione è 680 milioni di CNY di benefici ecunomichi. Trentasei brevetti d'invenzione autorizati è trentottu articuli accademici sò stati ottenuti.

U prugettu migliora assai a capacità di furnimentu naziunale d'acciaiu avanzatu à alta resistenza per l'automobile, guida e tendenze tecniche mundiali di l'acciaiu stampatu à fretu di qualità GPa è prumove a mudernizazione industriale di u settore siderurgicu automobilisticu.

Fonte: A Società Cinese per i Metalli