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1项目背景
为打破国外汽车超高强钢技术垄断，21世纪初，宝山钢铁股份有限公司（简称：宝钢）以实现汽车用超高强钢国产化，解决超高强钢生产制造的卡脖子技术为使命，加大了在汽车用超高强钢领域的研发投入，并组建了强大的研发团队，在2009年自主研发集成了中国第一条超高强钢专业生产线，可生产最高强度级别1700MPa的产品。在此基础上，宝钢快速研发并批量生产出超高强度双相钢、马氏体钢、相变诱导塑性钢、复相钢、低合金高强钢、孪晶诱导塑性钢、高塑性双相钢、高塑性复相钢等产品，并于2013年实现第三代超高强钢——淬火延性钢的全球首发，使宝钢在汽车板制造领域实现了从跟随到引领的跨越。此外，宝钢自主开发的吉帕钢研究成果也是中国钢铁行业赢得2018年美国337调查的主要证据，捍卫了中国钢铁行业的尊严。
2019-2021年，宝钢借鉴宝山基地超高强钢产线的成熟经验，并在此基础上进一步升级迭代，在湛江基地又先后投产了3条专业化的超高强钢生产线，最高强度级别达1500MPa。
2项目思路与技术路线
采用高强度钢，特别是抗拉强度≥1GPa（980MPa）的超高强度钢（UHSS）是实现汽车“减重节能”最重要和最有效的技术路线，代表了汽车用钢的发展方向。宝钢将抗拉强度在980MPa以上的汽车轻量化用超高强钢命名为吉帕钢®。宝钢汽车用吉帕钢项目针对汽车不同部位零部件的功能要求，设计开发了一系列具有完全自主知识产权的UHSS产品；开发了针对UHSS制造特性的关键生产技术，实现了UHSS产品的稳定化制造；开发了一整套UHSS综合使用性能评价技术，确保用户的稳定使用；开发了不同UHSS材料的成形、焊接等使用技术，为用户提供了有效的使用支持；在上述材料、制造、使用技术开发成果的基础上，从2015年开始，自主研发了三代以宝钢超高强钢和先进成形技术应用为主要技术路线的宝钢轻量化白车身BCB、BCB PLUS和BCB EV。
经过十多年的努力，宝钢利用相变强化机理，通过成分和工艺的精准设计，成功攻克超高强钢产品合金元素含量高、钢板质量对工艺敏感等技术难题，实现了超高强钢产品的稳定制造，形成了丰富的产品族群，打造出吉帕钢®（X-GPa®）、BaoQP®（淬火延性钢）等宝钢汽车板品牌，成为全球首家能够同时提供第一、二、三代超高强钢的钢企。
2.1 冷轧超高强度钢主要技术
1）超高强度钢快速冷却与装备技术。宝钢首创了世界最高冷速的冷轧薄带钢连续热处理机组用高氢高速喷气冷却技术和新型水淬技术冷却装置，其中高氢高速喷气冷却最高冷速达155℃/s，新型水淬冷却最高冷速达1000℃/s 左右，两种冷却技术已成功自主集成在高强度薄带钢专用生产线上，成为国际上独一无二的多功能柔性化超高强度钢专用生产线，可生产最高强度达1700MPa的钢板，同时也可生产普板和热镀锌两大类产品，是国际上首次具备生产第三代先进高强度（Q&P钢）的产线，相关技术成果获国家技术发明二等奖。
2）超高强汽车板稳定连铸关键技术。宝钢成功开发出超高强汽车板稳定连铸技术，包括炼钢成分精确控制、低析晶温度保护渣、二次冷却温度精细调控、低应变辊缝控制等，解决了超高强钢铸坯组织晶粒粗大、奥氏体晶界析出所引起的铸坯裂纹问题；成功开发超高强钢连铸无氩浇铸技术，大幅改善了气泡卷入导致的超高强钢产品边部线状缺陷，实现了超高强汽车板大规模稳定生产，达到国际先进水平。
3）冷轧超高强钢热轧卷在线热处理组织调控关键技术。针对冷轧超高强钢在热轧卷取后的钢卷强度高和性能不均匀，造成冷轧断带和板形差等问题，该公司自主研发冷轧超高强钢热轧卷在线热处理技术，大幅改善冷轧超高强钢热卷整卷性能均匀性，使热卷均匀软化。此技术成果在2022 年被中国钢铁工业协会鉴定为“达到国际领先水平”。
4）超高强钢冷轧轧制技术。宝钢通过小辊径轧制工艺开发、轧制模型技术优化、工艺润滑技术优化和板形技术优化等，实现了超高强钢稳定轧制，极限稳定轧制能力、生产效率达到国际领先水平。
5）超高强钢表面选择性氧化控制技术。宝钢在国内率先开展了冷轧超高强钢表面选择性氧化控制技术研究，开发了基于退火炉的预氧化还原及内氧化控制技术，成功解决了高Si、高Mn、高Al 成分体系超高强钢的可镀性难题，实现了高表面热镀锌超高强钢的稳定制造，达到世界领先水平。
2.2 汽车用先进高强钢的应用示范技术
如何在汽车轻量化前提下保证其安全性和舒适性，同时又能有效控制综合制造成本，是一个现实而严峻的课题。钢厂必须从传统的钢铁供应商转变为钢铁及其解决方案供应商。为了推荐、引领吉帕级超高强钢在车身上的优化使用，必须提供能有效解决减薄高强所带来的负面影响的技术解决方案，这些负面影响包括车身刚度下降、稳定量产成本上升、稳定量产难度加大、零部件开发周期加长等。
宝钢汽车用吉帕钢项目依照汽车正向设计理念，以工程调研和综合目标为设计基础，开展了基于SFE CONCEPT的车身概念模型正向设计技术，基于功能、成本、材料和制造工艺的车身结构优化设计和基于轻量化与碰撞性能的白车身零件选材匹配技术研究，通过18项结构设计创新和7种先进材料和技术工艺相结合，设计了第一款具有自主知识产权的超轻型B级车概念白车身，轻量化水平和性能指标达到国际先进水平，所采用的超高强度钢和相关的技术引领国内汽车5-10年。在此基础上，完成实物样车的试制和试验验证，并在国内汽车厂进行巡展，以增强示范引领效果。随后，宝钢不断改进车身设计，进一步研发了BCB PLUS和BCB EV白车身。
2.3 开发系列关键制造技术实现了吉帕级钢板的稳定工业化制造
宝钢利用相变强化理论，针对汽车不同部位零件对材料性能的要求，设计开发了五类抗拉强度不小于1GPa的系列特超高强度钢板，针对特超高强度钢质量波动大的挑战，在炼钢连铸、热轧、连续退火和热镀锌工序开发了系列关键制造技术，实现了吉帕级钢板的稳定工业化制造。在使用环节，开发了成形、焊接和延迟开裂控制技术，通过正向设计，综合利用新材料、新工艺和新设计，开发了系列钢质概念白车身，引领了汽车用钢的应用。创新成果如下：
1）掌握了五类吉帕级特超高强度钢微观组织与性能关系规律，攻克了热镀锌合金化工艺下残余奥氏体的稳定控制和合金化铁含量控制所需加热温度的平衡、低成本双相钢的设计等难题，创新设计了一系列具有自主知识产权的冷轧及镀锌特超高强度产品并实现了产业化。其中Q&P热镀锌合金化（1GPa和1.2GPa）实现了全球首发，吉帕级钢板的可供货最高强度达到1700MPa。
2）攻克了冷轧特超高强度钢稳定制造的系列关键技术，主要包括连铸高Si钢的气泡控制、热轧钢卷卷取后温度的缓慢冷却控制、连续退火动态变工艺控制和高Si/Mn钢表面内外氧化控制技术，为冷轧吉帕级钢板的稳定生产奠定了工艺基础。
3）开发了吉帕级高强钢冷成形的拉毛控制、热镀纯锌点焊的液体金属脆（LME）控制和延迟开裂控制等关键使用技术，形成了吉帕级冷轧及热镀锌钢板使用技术的评价体系，指导汽车厂科学使用冷轧及热镀锌特超高强度钢。
4）在采用汽车正向设计理念，通过18项结构设计创新、7种先进材料和3种先进成形工艺相结合，开发的第一款B级全钢制造白车身（轻量化系数为2.7，整车满足五星碰撞要求）基础上不断优化材料和设计，进一步开发出BCB PLUS和BCB EV白车身，使宝钢在整车超高强钢应用领域具备了为广大汽车用户提供一揽子解决方案的能力，有效引领和示范了超高强钢在汽车行业中的应用。
来源：世界金属导报
编辑：朱光明 校对：孙超审核：吕东显 媒体合作: 13501198334第21届北京国际热处理展览会
定档2023年6月1~3日
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