鞍钢：先进高强汽车用钢全流程制造工艺与质量综合控制技术

一、研究的背景与问题

近年来，随着汽车工业的迅猛发展，市场及用户对汽车节能、环保与安全提出了更高的要求。而减轻车身重量是实现节能减排的有效手段，车身重量每减轻100kg，每公里CO2排放可减少8.8～10g。同时，为了保证驾乘人员安全，近年来世界各国提高了车辆碰撞安全标准，这也使得车身重量不断增加。因此，同时减轻车身重量和提高汽车安全性成为汽车工业亟待解决的难题。现代汽车制造业的核心是安全和环保，对车身的要求是“提高强度、减轻重量”，先进高强汽车用钢在这种背景下蓬勃发展，大量应用于汽车白车身的结构件、安全件特别是高档汽车面板被称为钢铁产品中的“工艺品”。汽车轻量化成为国民经济发展的必然趋势，不仅《中国制造2025》将轻量化列为节能与新能源汽车发展的核心技术，由工信部、国家发改委、科技部等国家部委相继发布的《汽车产业中长期发展规划》、《交通领域科技创新专项规划》等专项方案中，也多次对轻量化技术的发展提出了具体要求。780MPa以上先进高强汽车用钢已成为我国国民经济发展中不可或缺的工业材料。

然而由于先进高强汽车用钢与普通汽车用钢相比，生产工艺复杂、技术难度大、产品质量要求高，并且涉及成分设计与转炉冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火以及光整等众多生产工序。在项目开展前，成品先进高强汽车用钢得出机械性能、板形、断面特性以及表面质量等关键指标与国际水平存在很大差距，且很难实现先进高强汽车用钢的批量稳定生产，导致国内不得不大量使用进口的先进高强汽车用板。如何攻克先进高强汽车用板生产过程中的核心技术难题并形成全流程工艺规范，已成为鞍钢以及其他钢铁企业在产品升级与结构优化上的瓶颈，该项目即在此背景下开展与实施的。旨在开发一套完整的、具有自主知识产权的先进高强汽车用钢全流程制备工艺与质量综合控制技术，利用国内现有设备实现先进高强汽车用钢产品的高效、稳定、批量生产。

二、解决问题的思路与技术方案

项目主要技术路线如图1所示，项目立足先进高强度汽车用板产品全流程制备工艺与过程控制自主研发，以实现先进高强度汽车用板高效、稳定、批量生产为目标，基于国内现有设备针对先进高强汽车用钢产品的工艺难题展开技术攻关，从先进高强汽车用钢一贯制制备工艺技术的开发、轧制全流程板形与断面特性协同控、焊缝及板带表面质量综合控制、非稳态过程缺陷治理及工艺补偿等四个方面形成关键技术创新。

图1 项目研发路线图

三、主要创新性成果

该项目经过多年全方位创新工作与技术攻关，对先进高强汽车用钢全流程生产工艺与质量控制进行了深入的分析、研究和论证，形成一套鞍钢先进高强汽车用钢全流程制备工艺与质量综合控制技术。主要技术关键与创新如下：

1.鞍钢先进高强汽车用钢一贯制制备工艺技术

揭示了微合金元素对先进高强汽车用钢性能的影响规律，开发了多样化原料合金成分体系，利用鞍钢现有生产设备形成了先进高强汽车用钢转炉冶炼-连铸-热连轧-酸洗-冷连轧-连续退火-光整一贯制制备工艺与生产规范，满足了复杂汽车零件的性能要求与差异性需求。

2.轧制全流程板形与断面特性协同控制技术

研发了高强汽车用钢热轧过程断面特性再现分析与数参传控技术，提出了基于热轧来料的各机架出口目标板形曲线设定方法，建立了冷轧过程板形与断面形状前馈控制与多层反馈控制模型，揭示了连退过程炉内板形演变机理，开发了光整过程板形内外环在线综合控制技术，实现了轧制全流程板形与断面特性上下游协同控制。如图2所示。

图2 轧制全流程板形与断面特性协同控制技术应用效果

3.冷轧先进高强汽车用钢表面质量综合控制技术

提出了焊缝印预测及改善与酸洗表面质量控制方法，研发了冷轧工艺润滑制度设定及乳化液流量动态优化技术，制定了连退过程带钢表面横向条纹缺陷治理措施，开发冷轧连退路径带钢表面点锈防控工艺，规避了先进高强汽车用钢焊缝印、划痕、热滑伤、横向条纹以及点锈等表面缺陷。

4.非稳态过程缺陷治理及工艺补偿技术的开发

提出了高强汽车用钢冷连轧过程厚头起车轧制方法与冷轧连退路径高强钢C翘上翘防控方法，开发了冷连轧升降速过程张力补偿与弯辊补偿技术，保证了冷轧非稳态过程的轧制稳定性与产品质量。

以本项目相关技术为核心，已获授权发明专利20项，发表学术论文30篇，制定标准2项，获软件著作权17项。

四、应用情况与效果

项目在鞍钢股份有限公司、燕山大学、太原理工大学的联合攻关下，本项目整体技术已推广到鞍钢转炉冶炼、连铸、热连轧、酸洗冷轧、连续退火以及光整等20条生产线，应用效果显著：实现了590MPa~1200MPa级别范围内先进高强汽车用钢品种全覆盖，其中，590MPa最薄规格达0.4mm，最大伸长率达35%；780MPa最薄规格达0.4mm，最大伸长率达30%；980MPa最薄规格达0.5mm，最大伸长率达25%；1180MPa最薄规格达0.75mm，最大伸长率达20%；成品板形控制在2-4I；纵向Rz差值≤0.12μm；横向Rz差值≤0.17μm；表面质量缺陷控制在0.3%以内，性能偏差控制在2.5%以内。解决了高品质汽车用板机械性能、板形、断面特性、表面质量等质量控制难题，生产出了以DP590、DP780、DP980、TRIP980、TWIP980、QP980、QP1180等为代表的先进高强汽车用钢产品。2020-2022年分别新增生产先进高强汽车用钢26%、28%、23%，总产量达百万吨级；同时，使用该项目技术后因成品板带因板形质量、表面质量、力学性能等问题而引起的缺陷率明显下降，经换算，2020-2022年分别下降10%、12%、8%。实现了全流程高精度、高质量、智能化批量稳定生产，降低了生产成本与能源消耗。下游用户不断增加，被广泛应用于广汽、一汽、大众、长城、通用等汽车厂家，满足了复杂汽车零件的性能要求与差异性需求。

项目的成功实施有效降低了生产成本与能源消耗，促进了产品的升级换代，应用前景广阔。

来源：鞍钢股份有限公司。