肖學(xué)文,許秀飛,劉 剛

(1.中冶賽迪集團(tuán)有限公司,重慶 401122;2.河南聯(lián)強(qiáng)實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,河南 信陽(yáng) 464194)

帶鋼的連續(xù)熱浸鍍已經(jīng)有了近100年的歷史[1],帶鋼的連續(xù)熱處理也已經(jīng)有了70多年的歷史[2],與此相應(yīng)的帶鋼連續(xù)生產(chǎn)線也不斷發(fā)展提高。在雙碳經(jīng)濟(jì)的背景下,以連續(xù)熱浸鍍?yōu)榇淼膸т摫砻嫣幚砼c熱處理的技術(shù)與設(shè)備進(jìn)入了全新的時(shí)代,有必要進(jìn)行發(fā)展歷程的總結(jié)與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的前瞻。

1 帶鋼熱浸鍍技術(shù)的發(fā)展

1.1 時(shí)代劃分與產(chǎn)品演變

1.1.1 時(shí)代劃分

至今為止,帶鋼連續(xù)熱鍍層技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展歷史大概經(jīng)歷了三大時(shí)代:一是在1960年以前,鍍層成分以鋅或鋁為主的“一元金屬”時(shí)代;二是在1970—1990年,將鋅和鋁混合起來(lái),由鍍鋅或鋁進(jìn)入到鍍“鋅+鋁”系列合金的“二元合金”時(shí)代[3];三是在1990年以后,進(jìn)一步在鋅鋁合金內(nèi)加鎂,進(jìn)入“鋅+鋁+鎂”系列合金的“三元合金”時(shí)代。如圖1所示。

圖1 帶鋼連續(xù)熱浸鍍鍍層種類的時(shí)代劃分

1.1.2 產(chǎn)品演變

到目前為止,所有的鍍層產(chǎn)品的演變過(guò)程,可以總結(jié)為:以鍍純鋅和鍍純鋁兩個(gè)一元金屬成分為主軸線,在鍍純鋅的基礎(chǔ)上加入不同成分的鋁,產(chǎn)生了加鋁鍍鋅和鍍鋅鋁、鍍鋁鋅兩種二元合金鍍層產(chǎn)品,再在這個(gè)基礎(chǔ)上加入鎂,便產(chǎn)生了鍍鋅鎂、鍍鋅鋁鎂、鍍鋁鋅三種三元合金鍍層產(chǎn)品。如圖2所示。

圖2 鍍層合金種類演變過(guò)程示意

1.2 一元金屬時(shí)代

一元金屬時(shí)代的鍍層成分以一種金屬,即鋅或鋁為主,主要有鍍鋅和鍍鋁(硅)兩類鍍層產(chǎn)品。

1.2.1 鍍 鋅

為了解決鋼鐵材料防腐問題,人們發(fā)明了在表面進(jìn)行熱浸鍍的工藝方法。1931年以后,鋼帶連續(xù)熱浸鍍工藝開始得到批量性工業(yè)化應(yīng)用,在帶鋼表面鍍上鋅以后,鋅層的陰極保護(hù)作用可以使冷軋板使用壽命由原來(lái)的2～3年,提高到20年以上,接近10倍,因此鍍鋅帶鋼得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

最早期的帶鋼連續(xù)熱鍍鋅鍍的是100%純鋅,這種鍍鋅板產(chǎn)品用于不加工成形的場(chǎng)合是可以的。但由于鋅與鐵反應(yīng)性比較強(qiáng)烈,會(huì)在鍍層與鋼板結(jié)合處產(chǎn)生比較厚的鋅鐵化合物層,這層化合物層硬而脆,影響加工性能。隨著對(duì)鍍鋅板加工性能要求的提高,必須設(shè)法抑制鋅和鐵之間的反應(yīng),于是在鋅液內(nèi)加入1.0%左右的鋁,稱之為“加鋁法熱鍍鋅”。同時(shí),采用表面先涂溶劑再熱浸鍍鋅的方法,因此又稱為“溶劑法熱鍍鋅”。由于鋁與鋅的反應(yīng)性更強(qiáng),會(huì)優(yōu)先發(fā)生鋅鋁反應(yīng),生成鋅鋁化合物層,抑制了鋅和鐵的反應(yīng),大幅度地改善了鍍純鋅的工藝性能和加工性能。到20世紀(jì)70年代末,中國(guó)熱鍍鋅才從溶劑法進(jìn)入了還原法時(shí)代,鋅液中的鋁降低到了0.18%～0.25%,熱鍍鋅板性能才真正得到了改善[4]。

在鍍鋅的時(shí)候加鋁,就有了主元素和輔助元素之分。把決定鍍層性能的元素稱為主元素,把因?yàn)楣に囆枰尤氲幕静桓淖冨儗有阅艿脑胤Q為輔助元素。加鋁鍍鋅中由于鋁的加入量較低,沒有起到改善鍍層的耐腐蝕性能的作用,還是歸為鍍純鋅一類,簡(jiǎn)稱GI,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里稱為鍍鋅,符號(hào)為Z。

1.2.2 鍍 鋁

自從鍍鋅技術(shù)投入工業(yè)化應(yīng)用以后,對(duì)鋼材的防腐發(fā)揮了巨大的作用,但由于鋅的熔點(diǎn)較低,雖然熱浸鍍工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單,但產(chǎn)品還不能在一定高溫下使用,因此在鍍鋅板工業(yè)化的同時(shí),人們就開始進(jìn)行熱浸鍍鋁的研究。

1939年美國(guó)阿姆柯鋼鐵公司利用原有的森吉米爾(Sendzimir)鋼帶連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線經(jīng)過(guò)改造,用鋁鍋代替鋅鍋而開始生產(chǎn)鍍鋁鋼板,從而使鍍鋁鋼板的生產(chǎn)進(jìn)入較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)時(shí)期。但發(fā)現(xiàn),熱浸鍍鋁過(guò)程中會(huì)在液態(tài)的鋁和固態(tài)鐵之間發(fā)生激烈的鋁熱反應(yīng),生成鋁鐵金屬化合物,并放出大量的熱,使得帶鋼從鋁鍋出來(lái)以后,溫度不但不會(huì)下降,而且升高,顏色也變成紅色,因而生產(chǎn)難度很大。

在一次鋁鍋投料中,意外將含有硅的鋁錠加入鋁鍋,意外發(fā)現(xiàn)硅的加入能夠抑制鋁和鐵之間的反應(yīng),從此,阿姆柯公司在生產(chǎn)鍍鋁鋼板時(shí),在鋁液中添加7.5%～9%的硅,以提高鋁液的流動(dòng)性及鋼板的加工性。從此,熱浸鍍鋁得到了迅速發(fā)展,稱為I型鍍鋁鋼板,簡(jiǎn)稱AS。后于1955年開始,通過(guò)專利技術(shù),該公司生產(chǎn)純鋁鍍層鋼板(在鋁液中不加硅),而稱為II型鍍鋁鋼板,簡(jiǎn)稱A。

鍍鋁板不具備陰極保護(hù)作用,是鋁氧化物的致密性發(fā)揮了隔離防腐的作用,耐中性環(huán)境的腐蝕效果比鍍鋅板提高了近10倍。不僅如此,最大的優(yōu)點(diǎn)是耐熱性能很好,可以應(yīng)用于像汽車排氣管這樣需要承受高溫作用的場(chǎng)合。在汽車高強(qiáng)鋼發(fā)展起來(lái)以后,鍍鋁板的耐高溫性能又恰好滿足了熱成型工藝的要求,成為熱成型鋼不可替代的鍍層。到目前為止,鍍純鋁產(chǎn)品在家電等領(lǐng)域的應(yīng)用有被鋁鋅板取代的趨勢(shì),產(chǎn)量有所下降,但在汽車熱成型鋼和排氣管等方面的用途,一直沒有被替代。

1.3 二元合金時(shí)代

1.3.1 二元合金產(chǎn)品的發(fā)展

為了提高鍍鋅層的耐蝕性,減薄鍍層達(dá)到節(jié)鋅的目的,20世紀(jì)70年代開始,人們綜合鍍鋅板和鍍鋁板的優(yōu)越性,進(jìn)行了在鍍槽內(nèi)同時(shí)加入鋅和鋁兩種元素,產(chǎn)生了熱鍍鋅的改良性產(chǎn)品——鍍鋅鋁系列合金產(chǎn)品,先后發(fā)明了含鋁量為5%Galfan與含鋁量為55%Galvalume兩種商業(yè)化的鍍層產(chǎn)品,使鍍鋅層耐蝕性提高了3～6倍。根據(jù)熱浸鍍層產(chǎn)品的命名規(guī)則,鍍層元素排列的順序按照含量由高到低進(jìn)行,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里Galvalume稱為熱浸鍍鋁鋅合金,符號(hào)為AZ,Galfan稱為熱鍍鋅鋁合金,符號(hào)為ZA。在鍍鋁鋅合金鍍層內(nèi)還加入了硅,硅在熱鍍時(shí)發(fā)揮的作用,主要是抑制鐵和鋁的反應(yīng),改善產(chǎn)品的加工性能,對(duì)鍍層的影響比較小,是一種輔助元素。另外,含鋁量為5%鋅鋁與含鋁量為55%鋁鋅鍍層是行業(yè)公認(rèn)的、符合標(biāo)準(zhǔn)的成分,還有少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的是除此以外其他成分的鋅-鋁合金鍍層產(chǎn)品,是不符合標(biāo)準(zhǔn)的、不符合主流的。這是以鋅和鋁為主的“二元合金”時(shí)代。

1.3.2 二元鍍層產(chǎn)品的特點(diǎn)

鍍鋅—鋁系列合金鍍層產(chǎn)品,包括鍍純鋅、鍍鋅鋁、鍍鋁鋅,加上鍍純鋁,一共有四種成分的產(chǎn)品,從鋅—鋁合金平衡狀態(tài)圖上可以看出,鍍純鋅和鍍純鋁是左右兩個(gè)極限點(diǎn),鍍鋅鋁是共晶成分,而鍍鋁鋅的成分是優(yōu)選出的一個(gè)成分(見圖3)。

圖3 二元鍍層Zn-Al合金相圖及典型鍍層成分

由于鋅鋁鍍層板表面存在龜裂紋,人們不喜歡這種表面狀態(tài),使擴(kuò)大市場(chǎng)受阻;鋁鋅鍍層板鍋內(nèi)產(chǎn)生底渣,擴(kuò)大市場(chǎng)也不理想。同時(shí)二者只適用于建材之類的低檔用途,在家電、汽車等高檔使用領(lǐng)域,仍然不可動(dòng)搖熱鍍鋅板的霸主地位。故二者應(yīng)用范圍不夠廣泛,產(chǎn)量不夠大,還沒能取代熱鍍鋅板的基本市場(chǎng),大幅度節(jié)鋅的夢(mèng)想仍未能實(shí)現(xiàn)。

1.4 三元合金時(shí)代

1)含鎂鍍層的發(fā)展

早在20世紀(jì)60年代初期,美國(guó)內(nèi)陸鋼鐵公司(INLAND)的美籍華人學(xué)者李禾先生在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了Galfan 合金鍍層的同時(shí),也開發(fā)了鋅-鋁-鎂三元合金鍍層,并申請(qǐng)了美國(guó)專利。但直到1985年這種合金鍍層產(chǎn)品才首次在日本被商業(yè)化。Galfan 合金鍍層的基本配方為鋅-5%鋁-0.1%稀土,日本新日鐵住金公司選擇4.5%鋁,把其中稀土元素更換為鎂元素,發(fā)明了鋅-4.5%鋁-0.1%鎂的鋅鋁鎂三元合金鍍層品種,商品名稱SuperZinc。

進(jìn)入21世紀(jì)之后,人們發(fā)現(xiàn)在鍍層內(nèi)加鎂可以大幅度提高鍍層的相關(guān)性能,所以紛紛進(jìn)行加鎂嘗試[5]。新日鐵進(jìn)一步發(fā)明了ZAM和SD兩種中鋁成分的含鎂鍍層產(chǎn)品,用于建材厚板;歐洲企業(yè)發(fā)明了多種低鋁成分的含鎂鍍層產(chǎn)品,用于汽車領(lǐng)域;以生產(chǎn)鋁鋅板著稱的澳大利亞企業(yè),也在鋁鋅內(nèi)加入鎂,用于建材薄板。各種配方的含鎂合金鍍層產(chǎn)品,先后投放市場(chǎng),產(chǎn)品也變得多姿多彩,由于專利的原因,各家公司都按照自己的專利成分進(jìn)行生產(chǎn),百家爭(zhēng)鳴、百花齊放,展現(xiàn)出了勃勃生機(jī),目前已經(jīng)滲透到建材、家電、汽車三大應(yīng)用領(lǐng)域。這就是以鋅、鋁和鎂為主的“三元合金”時(shí)代。

2)含鎂鍍層的分類

雖然含鎂合金鍍層的成分名目繁多,但大體上可以看成是在幾種熱鍍鋅和鋁合金的基礎(chǔ)上再增加鎂及其他成分,所以根據(jù)含鋁量,可以分為以下幾種:

(1)低鋁型:其特征是含鋁量在1.0%～4.5%、含鎂量在1.0%～3.0%。這樣的成分,鍍層組織還是以鋅為主,如奧鋼聯(lián)的Corrender和阿賽洛米塔爾的Magneils等,屬于鋅鎂合金,簡(jiǎn)稱ZM(I)。

(2)中鋁型:其特征是含鋁量在5.0%～13%、含鎂量在1.0%～3.0%。這樣的成分,可以說(shuō)是在Galfan的基礎(chǔ)上加鎂,如日新制鋼的ZAM和新日鐵的SD等,屬于鋅鋁鎂合金,為了與已經(jīng)成為注冊(cè)商標(biāo)的ZAM相區(qū)分,簡(jiǎn)稱ZM(Ⅱ)。

(3)高鋁型:其特征是含鋁量在50%～60%、含鎂量在1.0%～4.0%、含硅量在1.0%～2.0%,這樣的成分,可以說(shuō)是在Galvalume的基礎(chǔ)上加鎂,屬于鋁鋅鎂合金,簡(jiǎn)稱AZM。

Zn+3%Mg-Al亞穩(wěn)定狀態(tài)圖(局部)[6]及典型鍍層成分如圖4所示。

圖4 Zn+3%Mg-Al亞穩(wěn)定狀態(tài)圖及典型鍍層成分

2 帶鋼熱處理技術(shù)的發(fā)展

2.1 發(fā)展歷程與分類

2.1.1 發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代以來(lái)汽車用鋼的發(fā)展歷程[7]如圖5所示。

圖5 20世紀(jì)50年代以來(lái)開發(fā)的新鋼種

2.1.2 產(chǎn)品分類

到目前為止汽車板主要鋼種分類及性能比較[8]如圖6所示。

圖6 汽車板主要鋼種分類及性能比較

2.2 產(chǎn)品系列

2.2.1 軟鋼系列

20世紀(jì)50年代,開發(fā)了低碳鋼。汽車用冷軋板發(fā)展歷程就是從低碳鋼開始的,低碳鋼冷軋板與熱軋板相比有重量輕、加工方便等一系列優(yōu)點(diǎn),所以低碳鋁鎮(zhèn)靜(LC)鋼冷軋板很快取代了熱軋板,成為汽車板的主要原材料。

20世紀(jì)70年代,隨著汽車型號(hào)的更新?lián)Q代,新車型的形狀越來(lái)越復(fù)雜,對(duì)鋼板的加工成形性能要求也越來(lái)越高,煉鋼技術(shù)的發(fā)展也使得超低碳、高純凈度鋼的生產(chǎn)成為可能,于是出現(xiàn)了無(wú)間隙原子(IF)鋼以及各向同性(IS)鋼,加工成形性能大幅度提高。LC、IF、IS三種鋼的抗拉強(qiáng)度都低于340 MPa,歸類于軟鋼系列。

2.2.2 傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼系列

20世紀(jì)80年代,各種各樣的汽車都可以使用IF鋼生產(chǎn)出來(lái),而且汽車產(chǎn)量大幅度提高以后,能源危機(jī)迫使汽車工業(yè)開始考慮節(jié)能性,汽車輕量化對(duì)汽車板的使用性能提出了新的要求,于是在LC鋼、IF鋼中加入各種合金元素,采用固溶強(qiáng)化的手段提高鋼板的抗拉強(qiáng)度,出現(xiàn)了低合金高強(qiáng)(HSLA)鋼、高強(qiáng)無(wú)間隙原子(HSS-IF)鋼、加磷(P)鋼、碳錳(CMn)鋼,以及合理利用低碳鋼時(shí)效性的烘烤硬化(BH)鋼等等。這一類鋼種的抗拉強(qiáng)度處于340～780 MPa,屬于傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼。

2.2.3 第一代超高強(qiáng)鋼

20世紀(jì)90年代,隨著汽車保有量的增加,交通事故也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),汽車的安全性能成為重中之重,同時(shí)隨著加工技術(shù)的提高,不再完全依靠低的屈服強(qiáng)度來(lái)保證加工性能,于是在冷軋汽車板熱處理過(guò)程中突破了再結(jié)晶退火的限制,大膽引進(jìn)了淬火技術(shù),使得汽車板產(chǎn)品組織由單一的鐵素體,發(fā)展為多種組合的組織,有鐵素體加馬氏體的雙相(DP)鋼、鐵素體加貝氏體和馬氏體的復(fù)相(CP)鋼、貝氏體加殘留奧氏體的相變誘導(dǎo)塑性(TRIP)鋼、全馬氏體的馬氏體(MS)鋼,以及退火后是鐵素體加珠光體經(jīng)過(guò)高溫成形以后變成馬氏體的熱成形(PHS)鋼。這一類鋼種的抗拉強(qiáng)度超過(guò)了780 MPa,有別于傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼,歸類為超高強(qiáng)鋼,又因?yàn)槭亲钤缪邪l(fā)出來(lái)的超高強(qiáng)鋼,稱為第一代超高強(qiáng)鋼[9]。

2.2.4 第二代超高強(qiáng)鋼

進(jìn)入21世紀(jì),第一代超高強(qiáng)鋼隨著馬氏體含量的增加抗拉強(qiáng)度逐漸增加,達(dá)到了很高的水平,但加工后的回彈很大,人們開始研究不但抗拉強(qiáng)度高,而且延伸率高的鋼種,并提出了強(qiáng)塑積的概念,第一代超高強(qiáng)鋼雖然抗拉強(qiáng)度很高,但強(qiáng)塑積還不到20 GPa·%。于是研發(fā)出了在常溫下是穩(wěn)定的奧氏體組織,加工時(shí)發(fā)生孿晶強(qiáng)化的孿晶誘導(dǎo)塑性(TWIP)鋼,但由于其高達(dá)20%左右的合金含量以及復(fù)雜的生產(chǎn)和加工工藝,至今尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大量生產(chǎn)。這種鋼強(qiáng)塑積達(dá)到了40～80 GPa·%,是第二代研發(fā)出來(lái)的超高強(qiáng)鋼,稱為第二代超高強(qiáng)鋼。

2.2.5 第三代超高強(qiáng)鋼

最近幾年,為了解決第二代超高強(qiáng)鋼合金含量高、生產(chǎn)和加工困難的問題,人們轉(zhuǎn)向研究合金含量低,奧氏體含量也低一些,并通過(guò)提高退火時(shí)的冷卻速度來(lái)提高強(qiáng)度的鋼種,QP鋼應(yīng)運(yùn)而生,并已經(jīng)開始少量投入工業(yè)化生產(chǎn)。這種鋼強(qiáng)塑積達(dá)到了20～40 GPa·%,是第三代研發(fā)出來(lái)的超高強(qiáng)鋼,稱為第三代超高強(qiáng)鋼。與第二代超高強(qiáng)鋼相比,第三代超高強(qiáng)鋼不但抗拉強(qiáng)度高,而且延伸率也高,達(dá)到了加工與使用性能兼顧的目的,與第二代超高強(qiáng)鋼相比,第三代超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,汽車零件加工制造也很方便。因此,是目前工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究的重點(diǎn)。

2.3 發(fā)展趨勢(shì)分析

2.3.1 現(xiàn)有高強(qiáng)鋼鋼種競(jìng)爭(zhēng)狀況分析

汽車用高強(qiáng)鋼目前使用量最大的是什么鋼種?今后到底往哪個(gè)方向發(fā)展?通過(guò)三代高強(qiáng)鋼汽車板的機(jī)械性能曲線比較,或許會(huì)找到答案。

圖7是某鋼廠生產(chǎn)的三代高強(qiáng)鋼汽車板機(jī)械性能曲線比較[10]。由圖7可知,第一代高強(qiáng)鋼汽車板的強(qiáng)度可以高達(dá)1 700 MPa,但相應(yīng)的延伸率最大只能達(dá)到4%;第二代高強(qiáng)鋼汽車板的最大延伸率達(dá)到了60%;第三代高強(qiáng)鋼汽車板的最大強(qiáng)度和最大延伸率都介于第一代與第二代之間。

圖7 某鋼廠三代高強(qiáng)鋼汽車板的機(jī)械性能曲線比較

在目前已經(jīng)成熟了的第一代高強(qiáng)鋼汽車板中,包括CP鋼、DP鋼、TRIP鋼、Ms鋼和HPS鋼。從機(jī)械性能比較可以看出,Ms鋼的強(qiáng)度很高但延伸率低,TRIP鋼的延伸率高但屈服強(qiáng)度低,DP鋼在強(qiáng)度和塑性兩個(gè)方面的綜合性能很好,而且沒有屈服平臺(tái)[11]。從加工性能中的擴(kuò)孔性能對(duì)比可以看出,TRIP鋼的延伸率高且屈服強(qiáng)度低,但擴(kuò)孔性能最低,擴(kuò)孔性能最高的是CP鋼[12]。HPS鋼在沖壓時(shí)的塑性很好,加工以后強(qiáng)度很高,看起來(lái)最為科學(xué)合理,所以在現(xiàn)階段占有一定比例,但由于其兩次加熱,在整個(gè)生命周期碳排放較高,加上其塑性極低,所以未來(lái)使用領(lǐng)域不會(huì)增加。

第一代高強(qiáng)鋼過(guò)于強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度而忽略塑性,材料的成形性能和使用的耐久性能不好,因此目前開始注重強(qiáng)度與塑性并舉汽車板的開發(fā),并提出了強(qiáng)度與塑性乘積即強(qiáng)塑積的概念,來(lái)衡量汽車板的綜合性能。

第二代高強(qiáng)鋼TWIP鋼的強(qiáng)塑積很高,但其大批量工業(yè)化生產(chǎn)還未有突破,而且高的延伸率主要是靠TRIP效應(yīng),有著很長(zhǎng)的屈服平臺(tái),加工性能還有待進(jìn)一步研究。

在第三代高強(qiáng)鋼中,QP鋼的變形曲線與DP鋼最相似,強(qiáng)度也達(dá)到了DP鋼所能夠達(dá)到的最大值,而延伸率有了大幅度提高,幾乎可以生產(chǎn)所有用途的冷軋汽車板,應(yīng)該是未來(lái)近期在工業(yè)化應(yīng)用方面研究的重點(diǎn)[13]。

2.3.2 不同鋼種的競(jìng)爭(zhēng)力綜合分析

不同鋼種的性能比較見表1。

表1 不同鋼種的性能比較

2.3.3 目前汽車板生產(chǎn)主要鋼種

目前汽車板生產(chǎn)和使用的鋼種主要有:IF鋼,主要應(yīng)用于制造中低檔次的汽車外板;高強(qiáng)度IF鋼和BH鋼,主要應(yīng)用于制造中高檔次汽車外板;DP鋼,主要應(yīng)用于制造汽車內(nèi)板、中低檔次汽車結(jié)構(gòu)件;HPS鋼,主要應(yīng)用于制造汽車受力較大的結(jié)構(gòu)件。

除此以外,TRIP鋼由于其加工性能的限制,實(shí)際使用量不大;Ms鋼由于其制造過(guò)程中極高的冷卻速度,板形得不到保障,加上加工過(guò)程中的回彈問題,也沒有得到大量的應(yīng)用。

2.3.4 近期將會(huì)得到大量生產(chǎn)的鋼種

QP鋼的使用性能很好,而且中試結(jié)果表明,可以在連續(xù)機(jī)組大批量生產(chǎn),國(guó)內(nèi)外各大先進(jìn)企業(yè)都將QP鋼作為生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)的重點(diǎn)。

3 汽車板生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展

3.1 汽車板生產(chǎn)設(shè)備發(fā)展歷程

目前,汽車板熱處理技術(shù)的發(fā)展正處于承上啟下的時(shí)間節(jié)點(diǎn),現(xiàn)有鋼種生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟,生產(chǎn)線產(chǎn)能已經(jīng)嚴(yán)重過(guò)剩,新的鋼種即將大批量投入工業(yè)化的生產(chǎn),有必要對(duì)汽車板熱處理設(shè)備的發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié),對(duì)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行展望。

鋼板熱處理設(shè)備的發(fā)展歷程是隨著汽車板的發(fā)展而發(fā)展的,根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品和技術(shù)特點(diǎn),可以分為三個(gè)階段,如圖8所示。

圖8 鋼板熱處理設(shè)備的發(fā)展歷程

3.2 第一階段汽車板生產(chǎn)設(shè)備

20世紀(jì)60年代前,汽車生產(chǎn)還是采用沸騰鋼08F熱軋板。20世紀(jì)60年代,冷軋類汽車板開始大量生產(chǎn),初期的鋼種以低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼08Al為主,后來(lái)引進(jìn)了日本牌號(hào)SPCC,再后來(lái)引進(jìn)了歐洲牌號(hào)DC01,熱處理技術(shù)研究的重點(diǎn)有:加熱技術(shù)、冷卻技術(shù)、過(guò)時(shí)效技術(shù)、快速通板技術(shù)。

由于LC鋼時(shí)效性很強(qiáng),因此必須進(jìn)行過(guò)時(shí)效處理,在連退線設(shè)計(jì)很長(zhǎng)的過(guò)時(shí)效段,而在鍍鋅線無(wú)法進(jìn)行過(guò)時(shí)效處理,所以低碳鋼鍍鋅產(chǎn)品的使用受到制約。為了解決這一問題,20世紀(jì)80年代,IF鋼應(yīng)運(yùn)而生,IF鋼沒有時(shí)效性,因此可以在鍍鋅線大量生產(chǎn),不但沖壓性能大幅度提高,而且耐腐蝕性能非常好,但需要加熱的溫度更高,研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了鍍鋅線,包括鍍鋅O5板生產(chǎn)技術(shù)、高溫加熱技術(shù)等等。20世紀(jì)90年代,雖然大量生產(chǎn)HSLA鋼,但生產(chǎn)技術(shù)沒有發(fā)生根本性的改變,在設(shè)備上還是屬于軟鋼一類。所以,可以把這個(gè)時(shí)期劃分為第一階段汽車板生產(chǎn)設(shè)備。

我國(guó)在第一階段的汽車板生產(chǎn)設(shè)備主要以引進(jìn)為主,生產(chǎn)線由國(guó)外企業(yè)總包設(shè)計(jì)建設(shè)。

目前,我國(guó)可以自主設(shè)計(jì)制造這類生產(chǎn)線,用于生產(chǎn)一般汽車板和家電板。

3.3 第二階段汽車板生產(chǎn)設(shè)備

21世紀(jì)以來(lái),為了大量生產(chǎn)第一代高強(qiáng)鋼,熱處理技術(shù)取得了根本性的進(jìn)步,首先是鍍鋅連退線都要用到的快速冷卻技術(shù),以及為了解決高合金成分鍍鋅問題而采取的預(yù)氧化技術(shù),另外還有我國(guó)剛剛開始采用的預(yù)鍍鎳技術(shù),主要生產(chǎn)的產(chǎn)品有DP鋼和少量的TRIP鋼,另外還有鍍鋁硅熱成形鋼。這階段先進(jìn)生產(chǎn)線的形式也出現(xiàn)了軟鋼和高強(qiáng)鋼的分化,各自在專業(yè)化的生產(chǎn)線生產(chǎn)。

我國(guó)在這個(gè)階段的生產(chǎn)設(shè)備主要以外商供應(yīng)為主,鋼廠積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),對(duì)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的影響力增加,生產(chǎn)線有國(guó)內(nèi)集成也有國(guó)外企業(yè)總包,在國(guó)內(nèi)集成的生產(chǎn)線中,國(guó)內(nèi)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)很少。

3.4 第三階段汽車板生產(chǎn)設(shè)備

從現(xiàn)在開始,第三代汽車板將大量投入工業(yè)化生產(chǎn),第三代汽車板的熱處理工藝與第二代汽車板有根本性的不同,比如QP鋼的加熱溫度已經(jīng)超過(guò)了一般輻射管加熱說(shuō)能夠達(dá)到的820～840 ℃,即使是鍍鋅線也需要較長(zhǎng)的過(guò)時(shí)效段進(jìn)行配分處理,因此也開創(chuàng)了生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的新時(shí)代。第三階段汽車板生產(chǎn)技術(shù)以QP鋼為主,主要包括縱磁快速加熱技術(shù)、橫磁高溫再加熱技術(shù)、高速冷卻技術(shù)、QP鋼配分處理技術(shù)等。在生產(chǎn)線的形式上,軟鋼和高強(qiáng)鋼完全分化,但鍍鋅和連退兩用柔性線將增多,生產(chǎn)線速度較低、產(chǎn)能較小。

我國(guó)在這個(gè)階段的生產(chǎn)單體設(shè)備仍然主要從國(guó)外進(jìn)口,但由于生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)將由鋼廠主導(dǎo),工程公司協(xié)助共同完成,所以以國(guó)內(nèi)集成為主,少部分國(guó)外企業(yè)總包。以鋼廠為依托的工程公司的競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng),國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)顯著增多。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)將是今后長(zhǎng)期的奮斗目標(biāo),采用鋅鋁鎂等先進(jìn)鍍層取代普通鍍層可以大幅度延長(zhǎng)帶鋼的使用壽命,采用高強(qiáng)鋼等先進(jìn)鋼種取代普通低碳鋼可以大幅度減少材料的使用量,這些都是降低碳排放所亟須解決的瓶頸問題。因此,帶鋼的表面防腐處理與熱處理技術(shù)將在雙碳經(jīng)濟(jì)中將進(jìn)一步發(fā)揮出更加積極的作用,帶鋼連續(xù)鍍層和退火生產(chǎn)線的技術(shù)進(jìn)步不但可以促進(jìn)鋼鐵壓延行業(yè)自身降碳,而且會(huì)促進(jìn)汽車、家電、建筑等各個(gè)行業(yè)碳排放的減少,開展帶鋼表面防腐處理與熱處理技術(shù)的研究有著廣闊的前途。