隨著汽車市場(chǎng)需求的不斷變化，汽車用鋼也逐漸呈現(xiàn)輕量化和高強(qiáng)化的趨勢(shì)。寶鋼已開發(fā)出主要面向歐美汽車市場(chǎng)上需要的GI（純鋅熱鍍鋅）高強(qiáng)鋼生產(chǎn)技術(shù)。日系汽車公司如豐田、本田、日產(chǎn)等陸續(xù)提出使用GA（合金化熱鍍鋅）超高強(qiáng)鋼最高1180MPa級(jí)的汽車板需求，日本制鐵可以穩(wěn)定生產(chǎn)GA 1180MPa超高強(qiáng)鋼，批量供應(yīng)汽車用戶。國內(nèi)以寶鋼為例，生產(chǎn)的GA高強(qiáng)鋼強(qiáng)度等級(jí)在590MPa及以下，無法實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)GA超高強(qiáng)鋼。
GA超高強(qiáng)鋼在生產(chǎn)中遇到很多“卡脖子”難題，主要是：
1）從酸連軋工序看，超高強(qiáng)鋼表面氧化膜致密難酸洗；管道易堵塞；原有的酸洗裝備不能適應(yīng)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)；原有軋機(jī)僅具備生產(chǎn)590MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的能力。
2）通板性差，焊接困難，焊縫斷帶頻發(fā)，已有焊接參數(shù)不適用于超高強(qiáng)鋼，焊縫質(zhì)量檢查靠人工肉眼，準(zhǔn)確率低。以1180MPa為例，板形極為復(fù)雜，爐內(nèi)容易跑偏斷帶。
3）GA超高強(qiáng)鋼入鋅鍋板溫高，引起爐篦子內(nèi)鋅灰/渣多，底渣泛起引起質(zhì)量缺陷。
4）超高強(qiáng)鋼在熱鍍鋅合金化過程中導(dǎo)磁性差，引起感應(yīng)加熱器跳電，已有裝備無法生產(chǎn)超高強(qiáng)鋼。
從酸洗到軋機(jī)再到熱鍍鋅裝備，不具備超高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)能力；從控制技術(shù)上看，缺乏相關(guān)工藝制度和規(guī)范。
項(xiàng)目組針對(duì)酸洗、軋機(jī)和鍍鋅的難題，梳理出每項(xiàng)難題的關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容，并制定了研發(fā)的預(yù)期目標(biāo)。從技術(shù)到裝備到工藝的綜合研發(fā)，目標(biāo)是批量生產(chǎn)GA超高強(qiáng)鋼汽車板。
2.1 GA 超高強(qiáng)鋼酸洗核心技術(shù)及裝備的開發(fā)
2.1.1 技術(shù)難點(diǎn)
1）超高強(qiáng)鋼基板表面氧化鐵皮致密，與基板的結(jié)合力強(qiáng)，已有技術(shù)很難準(zhǔn)確把握酸洗終了時(shí)間，從而造成欠酸洗或過酸洗，影響后續(xù)熱鍍鋅表面合金化質(zhì)量。
2）以1180MPa為代表的超高強(qiáng)鋼基板，較其他鋼種表面富含硅、錳元素，酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生大量難溶物，容易堵塞循環(huán)系統(tǒng)，影響酸洗效率。
2.1.2 解決方案
首創(chuàng)電位導(dǎo)零法，精確控制酸洗終了時(shí)間，并研發(fā)電位檢測(cè)裝備，為熱鍍鋅合金化工序提供優(yōu)質(zhì)基板表面質(zhì)量。
已有技術(shù)需將80℃酸液在沉降罐降溫至40℃，除硅泥后再升溫到80℃，自主開發(fā)恒溫（高溫）除硅技術(shù)及裝備，開發(fā)高溫凝結(jié)劑，不僅效率高，還能達(dá)到高溫除硅目的。
2.1.3 實(shí)施效果
準(zhǔn)確地獲得超高強(qiáng)鋼基板表面不同氧化膜厚度酸洗結(jié)束時(shí)間，解決了基板欠酸洗的難題。酸洗液除硅裝置硅泥去除率達(dá)到88%，比傳統(tǒng)低溫除硅系統(tǒng)節(jié)約能耗18%。解決了1180MPa酸洗循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)常堵塞、除硅效率低的難題。
2.2 GA 超高強(qiáng)鋼穩(wěn)定通板技術(shù)及裝備研發(fā)
2.2.1 技術(shù)難點(diǎn)
1）超高強(qiáng)鋼碳和合金元素含量更高，焊接區(qū)域易產(chǎn)生裂紋，內(nèi)部產(chǎn)生虛焊，從而引起退火爐內(nèi)高溫下焊縫斷帶。
2）以1180MPa為代表的 超高強(qiáng)鋼產(chǎn)品板形復(fù)雜，帶鋼在退火爐高溫、高速運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生跑偏，導(dǎo)致爐內(nèi)斷帶。
2.2.2 解決方案
通過焊接測(cè)試拓展了GA 1180MPa等超高強(qiáng)鋼產(chǎn)品的焊接參數(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析及智能控制，實(shí)現(xiàn)焊縫質(zhì)量提升。
研究爐內(nèi)跑偏機(jī)理，優(yōu)化爐輥凸度，通過帶鋼溫度動(dòng)態(tài)控制模型穩(wěn)定通板速度，開發(fā)了基于圖像識(shí)別的帶鋼跑偏預(yù)警系統(tǒng)，以替代人工肉眼監(jiān)控。
2.2.3 實(shí)施效果
由焊接質(zhì)量波動(dòng)引起的斷帶次數(shù)從以前的每年3.75次降低為0。虛焊判斷率為100%，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定的通板。1180MPa超高強(qiáng)鋼爐內(nèi)跑偏斷帶次數(shù)由以前每年4-5次降為0。
2.3 GA超高強(qiáng)鋼露鐵、鋅渣缺陷治理及核心裝備研發(fā)
2.3.1 技術(shù)難點(diǎn)
1）以1180MPa超高強(qiáng)鋼為例，入鋅鍋板溫比其他鋼種高20℃，因此爐篦子內(nèi)鋅液面的鋅灰蒸發(fā)量較大，引起鋅灰露鐵缺陷。
2）GA超高強(qiáng)鋼入鋅鍋板溫高，帶鋼表面更多的鐵溶解到鋅液中，較一般GA產(chǎn)品的生產(chǎn)更易形成大量底渣。已有電磁撇渣技術(shù)只適用于解決GI的面渣撈渣。
2.3.2 解決方案
首創(chuàng)鋅灰循環(huán)過濾技術(shù)并研發(fā)鋅灰過濾裝備，解決露鐵、鋅灰缺陷。
提出GA超高強(qiáng)鋼鋅渣無害堆積的理論，研發(fā)整流裝備，減少因鋅鍋底渣泛起卷入帶鋼引發(fā)鋅渣等質(zhì)量缺陷。
2.3.2實(shí)施效果
使用自主研發(fā)的爐篦子鋅灰過濾裝備后，大幅改善了露鐵、鋅灰等質(zhì)量缺陷的發(fā)生。投入研發(fā)的鋅鍋整流板后，解決了底渣泛起引起的難題，機(jī)組速度從90m/min提升到130m/min，鋅渣量從150t降至25t，換輥周期從原來10天延長(zhǎng)到30天。
2.4 GA超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)
2.4.1 技術(shù)難點(diǎn)
1）原設(shè)計(jì)軋機(jī)僅具備590MPa的軋制能力，軋制1180MPa時(shí)發(fā)生頭尾板厚不均勻、板形難控制、冷軋變形量對(duì)性能影響大等瓶頸難題。
2）1180MPa超高強(qiáng)鋼奧氏體成分高、導(dǎo)磁性差，感應(yīng)加熱器無法實(shí)現(xiàn)快速加熱，必須降速才能滿足合金化溫度。
2.4.2 解決方案
開發(fā)超高強(qiáng)鋼軋制規(guī)程綜合優(yōu)化技術(shù)，改善乳化液潤滑性，采用工藝潤滑制度優(yōu)化技術(shù)和超高強(qiáng)鋼軋輥工藝綜合優(yōu)化技術(shù)。
通過超高強(qiáng)鋼的變形抗力測(cè)試建立軋制規(guī)范。研究GA超高強(qiáng)鋼合金化電壓和電流特性關(guān)系，建立了合金化關(guān)鍵參數(shù)模型，提出合金化功率模塊改造方案，對(duì)電容進(jìn)行擴(kuò)容。研發(fā)防跳電感應(yīng)加熱裝備。
2.4.3 實(shí)施效果
酸軋機(jī)組超高強(qiáng)鋼產(chǎn)量逐年提升，從最初的“0”到2021年年產(chǎn)14萬噸，鍍鋅機(jī)組實(shí)現(xiàn)了GA 1180MPa超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)速度由55mpm提升至100mpm，大幅提升了產(chǎn)能。
對(duì)標(biāo)國內(nèi)先進(jìn)水平企業(yè)：寶鋼股份寶山基地、青山基地、東山基地、GJSS等，對(duì)標(biāo)國外先進(jìn)水平企業(yè)：日本制鐵、日本JFE等，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先。經(jīng)查新，項(xiàng)目綜合技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。技術(shù)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果見表1。
作為專業(yè)汽車板制造企業(yè)的寶日汽車板公司，其產(chǎn)品尤其是GA 1180MPa超高強(qiáng)產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和品牌優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)GA超高強(qiáng)鋼替代進(jìn)口。
本項(xiàng)目通過從創(chuàng)新技術(shù)、自主研發(fā)裝備、工藝參數(shù)拓展，實(shí)現(xiàn)了GA 1180MPa超高強(qiáng)鋼批量生產(chǎn)。項(xiàng)目通過對(duì)制約GA超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)瓶頸裝備技術(shù)和核心控制技術(shù)持續(xù)攻關(guān)，首創(chuàng)7項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)7項(xiàng)裝備，制定4項(xiàng)核心工藝，實(shí)現(xiàn)了從原設(shè)計(jì)酸連軋、熱鍍鋅機(jī)組不具備生產(chǎn)GA 1180MPa的能力到批量穩(wěn)定供貨，GA超高強(qiáng)鋼綜合成材率達(dá)到90%以上，2019-2021年向日系汽車供貨28.76萬噸。由于解決了供貨問題，三大日系汽車廠設(shè)計(jì)的新車型大量使用GA超高強(qiáng)鋼。
經(jīng)濟(jì)效益：近三年直接效益增收15232.30萬元。
社會(huì)效益：引領(lǐng)國內(nèi)GA超高強(qiáng)鋼技術(shù)，推動(dòng)國內(nèi)汽車領(lǐng)域輕量化綠色發(fā)展。
