高強連退線吉帕級超高強鋼生產關鍵技術研究

王坤鵬

（河鋼集團邯鋼公司邯寶冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

高強連退線吉帕級指的是抗拉強度在1000MPa以上的超高強鋼，是新型研發出的高強鋼代表產品，以其高硬度與高強度的力學特性，在眾多金屬材料中脫穎而出，受到了汽車領域的廣泛應用[1]。在高強連退線吉帕級超高強鋼生產過程中，由于其自身抗拉強度極高，因此在生產過程的難度系數更大，因此對其生產關鍵技術的設計提出了更高的要求。在我國，以往針對高強連退線吉帕級超高強鋼的生產技術研究中，目前尚屬于一個嘗試性階段，主要是通過淬火加熱處理，盡管此種淬火處理方式可實現對鋼材料的熱處理行為，但由于此過程在實施中，未能全面的考慮到鋼材料受熱存在屈服能力低的問題，導致其在受熱過程中也會出現裂紋甚至斷裂的現象出現[2]。因此綜合我國目前的研究現狀，為了避免超高強鋼生產過程中出現裂紋、斷裂現象，重新研究高強連退線吉帕級超高強鋼生產關鍵技術，對于推動我國金屬行業發展、汽車領域優化升級，提供更加科學與合理的技術支持。

1 高強連退線吉帕級超高強鋼生產關鍵技術

1.1 熱處理鋼材原料

繪制超高強鋼熱處理時效插補NURBS曲線，獲取曲線的值點以及權因子，通過計算得到的節點矢量，建立具有自適應能力的系數矩陣，通過控制頂點權因子的熱處理指數，實現對淬火頂點的控制，完成熱處理加工。計算此過程高強連退線吉帕級超高強鋼熱處理過程中，淬火時效插補誤差，這一計算假設熱處理淬火時效插補時間誤差為f，則該值可通過下列公式計算獲得：

公式中：D表示熱處理淬火時效插補時間；D′表示實際熱處理淬火時效插補。通過上述公式計算熱處理插補時間誤差[3，4]。針對公式（1）的計算結果，假設熱處理時效插補的有效值為q，結合系數矩陣W、節點矢量b獲取有效值q，得出熱處理淬火操作過程中的值相對誤差，推導最終熱處理時效曲線NURBS的一般計算公式，存在：

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

1.2 局部加熱合金組織

結合超高強鋼的材料組成設置溫度值，局部加熱合金組織。在t1溫度下單向拉伸合金組織，選擇應力曲線上隨機的一個點p作為應變點，根據該點的等效應變量和等效應力值，計算合金組織的塑性，分析合金組織的單位體積塑性功，確定唯一一個合適的屈服點，而后按照不同的屬性確定一個集合的屈服點。利用折線連接各個等級不同的屈服點，將屈服點串聯成一個在p點處的塑性功等高線，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果。

圖2 可能得到的塑性功等高線曲線圖

根據圖中顯示的可能存在的結果，比較不同生產作用強度下，局部加熱的合金組織的塑性功。當獲得的塑性功等高線滿足d條件時，完成對合金組織的局部加熱工作，為生成超高強鋼提供良好的準備材料[8]。

1.3 控制回彈量生產超高強鋼

結合小彎角半徑法、角度過彎法以及反彎法，研究UDI融合集成回彈控制法，通過數據融合的方式綜合考量對鋼材料回彈量的控制，也就是在生產超高強鋼的過程中，在超高強鋼板成形之前，利用該融合方法控制回彈量。其中U表示對彈半徑進行補償；D表示對回彈角度進行補償；I表示對板帶的反向殘余應力進行補償，解決超高強鋼回彈量大、難以精準控制的問題。已知超高強鋼成型過程中不僅半徑發生變化，角度也隨之改變，因此在補償成型過程中的回彈量時，采用半徑與角度同時補償的方式，進行回彈量補償[9]。兩個方向的補償數值，通過下列公式計算獲得：

公式中：α與rβ分r別表示半徑與角度的補償參量；σ表示異性r屈服準則；0、90表示不同角度下的板帶各向異性系數；i表示隨機屬性系數的均值。通過上述公式計算結果，補償半徑與角度[10]。通過上述兩組計算公式，實現對回彈量的控制，生產完整的超高強鋼板，至此實現高強連退線吉帕級超高強鋼生產關鍵技術。

2 實驗研究

2.1 實驗準備

選擇某鋼加工廠作為實驗測試對象，利用此次研究的高強連退線吉帕級超高強鋼生產技術，制造超高強鋼。實驗測試開始之前準備所需的鋼材料，下表1為選擇的鋼原材料中，不同化學元素的含量百分比。

表1 鋼原材料化學組成與含量統計表

根據表1得到的統計結果，獲得鋼原材料的基本化學組成和含量。以上述得到的數據為生產技術的應用前提，選擇型號為WDW-5M的微機控制電子萬能試驗機為測試對象，測試該超強鋼生產技術應用下，所獲測試對象的抗拉強度。為了便于比較該生產技術的實際效果，將此次研究的生產技術作為實驗組測試對象，將兩組傳統的生產技術作為對照組實驗測試對象，比較不同超高強鋼材料的抗拉性能。

2.2 抗拉效果測試

為了保證實驗測試結果真實可靠，在不同技術得到的鋼材料上，選擇20個不同的測試節點，下表2為20次測試下，得到的三組技術的應用效果。

根據表2顯示的測試結果，發現對照2組的第18組和第19組測試結果為0，與常規條件完全不符。研究人員利用檢查軟件排查造成第18組、第19組數據為0的原因，發現由于當時的計算機網絡出現延遲，影響了最后兩組實驗，而并不是技術本身存在問題。為了便于比較三組測試結果，剔除對照2組的第18組、第19組測試結果，計算研究的技術與兩種傳統技術應用下，得到的超高強鋼抗拉數據的平均值，分別為1139.14 MPa、733.80 MPa以及699.14 MPa。計算三組測試結果之間的差異，可知文中技術下的超高強鋼抗拉效果，比對照1組高出405.34 MPa，比對照2組高出440 MPa。可見此次研究的高強連退線吉帕級超高強鋼生產關鍵技術，能夠獲得抗拉效果更好的超高強鋼，為高強連退線吉帕級的鋼材料生產，提供更加寶貴的技術支持。

表2 超高強鋼抗拉效果測試（MPa）

3 結語

本文通過實例測試與分析方式，證明了設計高強連退線吉帕級超高強鋼生產關鍵技術，在實際應用中的適用性，以此為依據證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統高強連退線吉帕級超高強鋼生產中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為：未對本次超高強鋼生產抗拉強度測定結果的精密度、準確度進行檢驗，進一步提高超高強鋼生產抗拉強度測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對高強連退線吉帕級超高強鋼生產工藝流程的優化設計提出深入研究，以此為提高高強連退線吉帕級超高強鋼生產質量提供建議。