高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究

王坤鵬

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司邯寶冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)指的是抗拉強(qiáng)度在1000MPa以上的超高強(qiáng)鋼，是新型研發(fā)出的高強(qiáng)鋼代表產(chǎn)品，以其高硬度與高強(qiáng)度的力學(xué)特性，在眾多金屬材料中脫穎而出，受到了汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[1]。在高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)過(guò)程中，由于其自身抗拉強(qiáng)度極高，因此在生產(chǎn)過(guò)程的難度系數(shù)更大，因此對(duì)其生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在我國(guó)，以往針對(duì)高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)技術(shù)研究中，目前尚屬于一個(gè)嘗試性階段，主要是通過(guò)淬火加熱處理，盡管此種淬火處理方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼材料的熱處理行為，但由于此過(guò)程在實(shí)施中，未能全面的考慮到鋼材料受熱存在屈服能力低的問(wèn)題，導(dǎo)致其在受熱過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)裂紋甚至斷裂的現(xiàn)象出現(xiàn)[2]。因此綜合我國(guó)目前的研究現(xiàn)狀，為了避免超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)裂紋、斷裂現(xiàn)象，重新研究高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)金屬行業(yè)發(fā)展、汽車領(lǐng)域優(yōu)化升級(jí)，提供更加科學(xué)與合理的技術(shù)支持。

1 高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 熱處理鋼材原料

繪制超高強(qiáng)鋼熱處理時(shí)效插補(bǔ)NURBS曲線，獲取曲線的值點(diǎn)以及權(quán)因子，通過(guò)計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)矢量，建立具有自適應(yīng)能力的系數(shù)矩陣，通過(guò)控制頂點(diǎn)權(quán)因子的熱處理指數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)淬火頂點(diǎn)的控制，完成熱處理加工。計(jì)算此過(guò)程高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼熱處理過(guò)程中，淬火時(shí)效插補(bǔ)誤差，這一計(jì)算假設(shè)熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)時(shí)間誤差為f，則該值可通過(guò)下列公式計(jì)算獲得：

公式中：D表示熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)時(shí)間；D′表示實(shí)際熱處理淬火時(shí)效插補(bǔ)。通過(guò)上述公式計(jì)算熱處理插補(bǔ)時(shí)間誤差[3，4]。針對(duì)公式（1）的計(jì)算結(jié)果，假設(shè)熱處理時(shí)效插補(bǔ)的有效值為q，結(jié)合系數(shù)矩陣W、節(jié)點(diǎn)矢量b獲取有效值q，得出熱處理淬火操作過(guò)程中的值相對(duì)誤差，推導(dǎo)最終熱處理時(shí)效曲線NURBS的一般計(jì)算公式，存在：

公式中：x表示一般形變量[5，6]。通過(guò)公式（2）獲得熱處理插補(bǔ)后的NURBS曲線，分析鋼材原料的熱處理小效果，生成超高強(qiáng)鋼所需的合金組織。

1.2 局部加熱合金組織

結(jié)合超高強(qiáng)鋼的材料組成設(shè)置溫度值，局部加熱合金組織。在t1溫度下單向拉伸合金組織，選擇應(yīng)力曲線上隨機(jī)的一個(gè)點(diǎn)p作為應(yīng)變點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)的等效應(yīng)變量和等效應(yīng)力值，計(jì)算合金組織的塑性，分析合金組織的單位體積塑性功，確定唯一一個(gè)合適的屈服點(diǎn)，而后按照不同的屬性確定一個(gè)集合的屈服點(diǎn)。利用折線連接各個(gè)等級(jí)不同的屈服點(diǎn)，將屈服點(diǎn)串聯(lián)成一個(gè)在p點(diǎn)處的塑性功等高線，得到合金組織的塑性功等高線繪制流程，如下圖1所示[7]。

圖1 塑性功等高線繪制流程

利用該流程分析局部加熱合金組織的塑性功，下圖2為可能得到的四種結(jié)果。

圖2 可能得到的塑性功等高線曲線圖

根據(jù)圖中顯示的可能存在的結(jié)果，比較不同生產(chǎn)作用強(qiáng)度下，局部加熱的合金組織的塑性功。當(dāng)獲得的塑性功等高線滿足d條件時(shí)，完成對(duì)合金組織的局部加熱工作，為生成超高強(qiáng)鋼提供良好的準(zhǔn)備材料[8]。

1.3 控制回彈量生產(chǎn)超高強(qiáng)鋼

結(jié)合小彎角半徑法、角度過(guò)彎法以及反彎法，研究UDI融合集成回彈控制法，通過(guò)數(shù)據(jù)融合的方式綜合考量對(duì)鋼材料回彈量的控制，也就是在生產(chǎn)超高強(qiáng)鋼的過(guò)程中，在超高強(qiáng)鋼板成形之前，利用該融合方法控制回彈量。其中U表示對(duì)彈半徑進(jìn)行補(bǔ)償；D表示對(duì)回彈角度進(jìn)行補(bǔ)償；I表示對(duì)板帶的反向殘余應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)償，解決超高強(qiáng)鋼回彈量大、難以精準(zhǔn)控制的問(wèn)題。已知超高強(qiáng)鋼成型過(guò)程中不僅半徑發(fā)生變化，角度也隨之改變，因此在補(bǔ)償成型過(guò)程中的回彈量時(shí)，采用半徑與角度同時(shí)補(bǔ)償?shù)姆绞?，進(jìn)行回彈量補(bǔ)償[9]。兩個(gè)方向的補(bǔ)償數(shù)值，通過(guò)下列公式計(jì)算獲得：

公式中：α與rβ分r別表示半徑與角度的補(bǔ)償參量；σ表示異性r屈服準(zhǔn)則；0、90表示不同角度下的板帶各向異性系數(shù)；i表示隨機(jī)屬性系數(shù)的均值。通過(guò)上述公式計(jì)算結(jié)果，補(bǔ)償半徑與角度[10]。通過(guò)上述兩組計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)回彈量的控制，生產(chǎn)完整的超高強(qiáng)鋼板，至此實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選擇某鋼加工廠作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象，利用此次研究的高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)技術(shù)，制造超高強(qiáng)鋼。實(shí)驗(yàn)測(cè)試開始之前準(zhǔn)備所需的鋼材料，下表1為選擇的鋼原材料中，不同化學(xué)元素的含量百分比。

表1 鋼原材料化學(xué)組成與含量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，獲得鋼原材料的基本化學(xué)組成和含量。以上述得到的數(shù)據(jù)為生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用前提，選擇型號(hào)為WDW-5M的微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為測(cè)試對(duì)象，測(cè)試該超強(qiáng)鋼生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用下，所獲測(cè)試對(duì)象的抗拉強(qiáng)度。為了便于比較該生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)際效果，將此次研究的生產(chǎn)技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)組測(cè)試對(duì)象，將兩組傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)作為對(duì)照組實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象，比較不同超高強(qiáng)鋼材料的抗拉性能。

2.2 抗拉效果測(cè)試

為了保證實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠，在不同技術(shù)得到的鋼材料上，選擇20個(gè)不同的測(cè)試節(jié)點(diǎn)，下表2為20次測(cè)試下，得到的三組技術(shù)的應(yīng)用效果。

根據(jù)表2顯示的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對(duì)照2組的第18組和第19組測(cè)試結(jié)果為0，與常規(guī)條件完全不符。研究人員利用檢查軟件排查造成第18組、第19組數(shù)據(jù)為0的原因，發(fā)現(xiàn)由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)延遲，影響了最后兩組實(shí)驗(yàn)，而并不是技術(shù)本身存在問(wèn)題。為了便于比較三組測(cè)試結(jié)果，剔除對(duì)照2組的第18組、第19組測(cè)試結(jié)果，計(jì)算研究的技術(shù)與兩種傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用下，得到的超高強(qiáng)鋼抗拉數(shù)據(jù)的平均值，分別為1139.14 MPa、733.80 MPa以及699.14 MPa。計(jì)算三組測(cè)試結(jié)果之間的差異，可知文中技術(shù)下的超高強(qiáng)鋼抗拉效果，比對(duì)照1組高出405.34 MPa，比對(duì)照2組高出440 MPa?？梢姶舜窝芯康母邚?qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，能夠獲得抗拉效果更好的超高強(qiáng)鋼，為高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)的鋼材料生產(chǎn)，提供更加寶貴的技術(shù)支持。

表2 超高強(qiáng)鋼抗拉效果測(cè)試（MPa）

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)例測(cè)試與分析方式，證明了設(shè)計(jì)高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過(guò)本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為：未對(duì)本次超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果的精密度、準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來(lái)針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高高強(qiáng)連退線吉帕級(jí)超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)質(zhì)量提供建議。