鞍钢钢铁研究院开展先进高强汽车用钢全流程制造工艺与质量综合控制技术研究

近日，经行业专家组成的评审团评审，鞍钢股份、燕山大学联合研发的“先进高强度汽车用钢全流程制造工艺及集成质量控制技术”项目，太原理工大学整体达到国际先进水平。 其中低密度钢系列产品属行业首创，先进高强汽车用钢轧制全过程板型高精度稳定控制技术达到国际领先水平。

评审过程中，评审团听取了项目组关于项目创新点和关键技术的汇报，认为该项目资料完整、数据详实，基于全流程制造工艺和技术进行了自主研发。先进高强度汽车用钢产品的过程控制。 以开发新品种，实现优质、高效、稳定批量生产为目标，成功开发出一致的制造工艺和性能、板形、表面质量控制技术。 随着汽车轻量化的发展，先进高强汽车用钢因其优异的性能而得到广泛应用，但其工业化量产的稳定性仍存在诸多问题。 对此，鞍钢钢铁研究院与国内科研单位合作，开展先进高强度汽车用钢全流程制造工艺和综合质量控制技术研究。 科研成果有效推动鞍钢实现先进高强汽车用钢高效优质工业化批量生产。 生产。

1、低密度钢简介

钢铁之国丰富多彩，低密度钢材就是其中之一，它是在节能环保的大环境下应运而生的。 是汽车轻量化的理想材料。

1.1 简介

一般来说，低密度钢或轻质钢是指在钢中添加密度低于Fe元素的合金元素（如Al、Mg、Mn、Si等）。 在合金成分优化和成形工艺控制的基础上，获得了一种兼具低密度和高强韧性的新型钢材。 据测算，钢材的密度只需降低10%，就能保持甚至显着提高其在汽车行业应用中的优越性和竞争力。 普通铁铝低密度钢之所以密度低，是因为其Al元素含量高。 铝密度低、抗氧化性好、在钢中溶解度高、价格实惠。 是制造低密度钢的理想金属。 元素。

低密度钢的密度有多低？ 实验表明，含8%Al的钢的密度约为7.0g/cm3，含10%Al的钢的密度约为6.8g/cm3，一般纯铁的密度约为7.9g/cm3，而低密度钢分别相对较低。 纯铁分别下降11.2%和14.1%。

轻钢研究从耐腐蚀要求开始。

1958年，Ham和Cairns首先开发出低成本的Fe-34Mn-10Al-0.76C奥氏体钢，替代Cr-Ni不锈钢用于亚腐蚀环境（文章中合金元素含量以质量分数计量）除非另有说明）），随后研发人员积极探索用Al和Mn分别替代Cr和Ni来提高碳钢的耐腐蚀性和高温抗氧化性能。

1984 年，查尔斯等人。 发现Fe-30Mn-5Al-xC(0.05≤x≤0.09)奥氏体合金钢在-196~25℃范围内表现出良好的强度和塑性。

21 世纪初，Frommeyer 等人。 德国马克斯·普朗克研究所的等人对Fe-Al、Fe-Mn-Al-Si和Fe-Mn-Al-C合金钢的显微组织和力学性能进行了详细研究，指出上述钢种具有低密度和良好的强度和塑性的特性使其成为一种潜在的新型轻质材料。 Frommeyer 等人的工作。 启动了汽车用富铝轻质钢的广泛研究。 金等人。 对轻钢进行了详细的回顾。

1.2 分类

根据常温下基体的合金成分和主要成分相，轻质钢大致可分为以下四类：

(1)单铁素体轻质钢

该类钢为Fe-Al固溶体合金，主要成分为Fe-(2~9)Al，组织为单相铁素体。 一般在该钢种中可加入适量的Mn元素，并用微量的Ti、Nb等强碳和氮化物形成元素来固定钢中的间隙原子，形成无间隙原子钢。

鉴于微量的C元素会诱发晶界处κ(kappa)碳化物的形成，显着削弱Fe-Al合金的成形性能，目前对该类钢的研究多集中在富铝间隙原子上。 -自由钢（简称Al-IF）。 钢）。

(2)铁素体轻质钢(δ-TRIP钢)

该类钢的成分大致为Fe-(2~7)Al-(0~9)Mn-(0~0.4)C，其热轧组织多为(δ+α)铁素体和碳化物。 。

δ铁素体在热加工和热处理过程中始终存在。 冷轧铁素体钢经TRIP或Q&P工艺热处理后，可获得适量的残余奥氏体。 这些残余奥氏体在变形过程中诱发马氏体相变，从而显着增加钢板的强塑性体积。 大多数所谓的铁素体轻质钢都是δ-TRIP钢。

(3)铁素体-奥氏体双相轻质钢

该类钢的大致成分为Fe-(3~13)Al-(5~30)Mn-(0.2~1.0)C。 其主要组织由铁素体和奥氏体两相组成，奥氏体在加工和随后的变形过程中保持组织稳定性。

(4)奥氏体轻质钢

该类钢的大致成分为Fe-(7~12)Al-(20~30)Mn-(0.5~1.5)C。 其主要组织为奥氏体，还可能含有少量铁素体和κ碳化物。 。 同样，奥氏体在加工和随后的变形过程中保持结构稳定性。

2、鞍钢低密度汽车用钢研发历程

低密度钢材的出现，使汽车轻量化的目标向前迈进了一大步。 一辆普通汽车的重量约为1.2吨。 采用低密度钢材可减轻车重约134kg，燃油效率提高约8%，百公里油耗降低约0.6L，油耗降低约7.8%。 低密度钢是汽车材料中的绿色天使，未来将成为汽车制造行业最受欢迎的材料。

“双碳”战略的实施对汽车行业节能减排、轻量化提出了更高的要求。 材料轻量化是实现汽车轻量化的重要发展方向。 具有高强度、高成形性、低密度的新一代高强钢已成为全球钢厂的重要研发方向。

(1)鞍钢轻质双相钢DP980-LITE

2019年7月4日，鞍钢成功下线的行业首颗轻量化双相钢DP980-LITE在鞍钢研究院实验室进行性能测试。 经检验，各项指标均满足设计要求。

作为国内重要的汽车用钢生产和研发基地，鞍山钢铁集团有限公司将轻量化双相钢的研发列为鞍钢集团的重大课题，成立了项目组产销研协同，与东北大学、通用汽车研究院合作，共同推进轻量化双相钢的研发和营销。 项目组经过三年多的技术攻关，在先进高强钢中添加轻合金元素，解决了冶炼、连铸、轧制、退火等多道工序中添加轻合金元素带来的问题。 攻克了技术难题，特别是采用连铸技术批量生产合格板坯的世界性生产难题，实现了轻质双相钢的工业化生产。

（2）鞍钢低密度轻量化钢材低密度DH590Mpa高成形性冷轧高强度汽车用钢

2022年9月，全球首卷590兆帕低密度高成形性冷轧高强汽车钢在鞍钢成功下线，一汽集团成功冲压出汽车用钢等复杂零部件作为左/右前柱的上内板。 。 经权威部门检测，该产品密度比同牌号高强钢降低5%，伸长率比同牌号高强钢提高10%~15% 。 该产品的全球首发，标志着鞍钢在低密度汽车用钢研发领域已达到领先水平。

鞍钢与一汽集团轻量化团队紧密合作，将该产品的研发纳入鞍钢卓越计划，并成立产销研一体化项目组，共同推动低密度、高密度轻量化产品的开发、推广和应用。 -可成形性冷轧高强度汽车钢。 项目组通过高通量计算和实验室工艺模拟，创新性地解决了从成分设计到工业化生产各工序的技术难题，特别是解决了高轻元素含量高强钢连铸板坯质量控制的世界性难题。 由于生产困难和显微组织精确控制的技术难点，590MPa低密度高成形性冷轧高强汽车钢已实现工业化生产。

该产品通过结构优化和轻量化材料的使用，帮助客户设计出性能更好、重量更轻的汽车零部件，达到轻量化的效果。 此次全球首发的低密度高成型性冷轧高强汽车钢性能特点如下：

通过冲压模拟和零部件实际冲压实验，鞍钢与客户对白车身、电池包、座椅等低密度、高成形性冷轧高强汽车用钢进行了优化设计和成型模拟研究和其他汽车零部件。 他们发现，通过优化结构设计，采用低密度高强度汽车用钢，可以将汽车零部件的重量减轻5%至10%，吸引了众多国内外汽车制造商的关注和兴趣。

未来鞍钢将针对冷轧、热镀锌、热轧、酸洗等低密度高强度汽车钢系列开展产品开发和轻量化应用技术研究，为汽车轻量化提供更多创新解决方案。