980MPa以上汽车板先进成形制造技术

河钢具备的设备情况

        河钢集团构建了完善的技术研发平台，拥有 3 个国家认定企业技术中心、6个省级认定企业技术中心和 7 个通过 CNAS 认可理化试验室，以及冷轧及涂层钢板、钢结构用钢等 6 个省级工程技术研究中心，设有 3 个院士工作站和 3 个博士后科研工作站。装备了一流的轧钢、深加工等模拟中试设备10余台套，物理、化学、力学等高端理化检测设备130余台；建设了模拟仿真平台，拥有Catia V5、Dynaform、Ansys、Abaqus、Adina等仿真软件；建立了用户成形实验室。

       与昆士兰大学建立了河钢-UQ可持续钢铁创新中心，已立项课题《新型高强汽车钢深加工新技术的应用》，项目配套经费300万元。拟申请引智资助专项经费50万元，费用分解情况如下：

合作方澳大利亚参与人员6人，河钢集团参与人员12人，拟聘专家信息如下：

拟聘专家工作简历

教育背景 

1980–1984 天津轻工业学院机械工程系，工学学士；

1997–1998 东北大学机械工程二系，机械学硕士学位；

1997–1998 新西兰奥克兰大学机械工程系，机械工程硕士学位；

1998–2000 新西兰奥克兰大学机械工程系，机械工程博士学位。

      工作经历

1984–1987   郑州轻工业学院化学工程系，助教；

1990 - 1995    东北大学，机械工程二系，讲师；

1995 - 1997    新西兰Auckland UniServices, 研发工程师；

2000–2001 澳大利亚BHP钢厂研究所, 机械工程师；

2001–2003 新西兰奥克兰大学机械工程系，讲师；

2005–2010 澳大利亚昆士兰大学机械工程系, 研究员；

2010–2013 澳大利亚伍龙岗大学机械工程系, 讲师、博士生导师；

2014 至今 澳大利亚昆士兰大学机械工程系, 讲师、博士生导师

        丁士超是板材成型领域的专家和多项板材成型技术的发明人。百足成型和链模成型是其代表成果。他具有30多年的教学、科研、工业研发和市场应用的经历和经验。他的研究项目具有很强的创新性并获得工业伙伴的高度支持，如澳大利亚的Smorgon钢厂、宝钢、河钢以及汽车制造商等。

        他首先提出了冷弯成型优化过渡曲面的概念并付诸实践，并基于此先后发明了百足成型和链模成型两种高效成型技术。其技术特点是极大地减小甚至消除了冷弯成型过程中的多余应变，从机理上消除了产品缺陷产生的根源，降低了产品中的残余应力并极大地减少所需的能耗，百足成型和链模成型正逐渐地被工业界接受和应用，特别是在高强度钢领域。

        丁博士完成和正在承担多项科研项目。其中：澳大利亚ARC Linkage (2007年，$21万澳元, 昆大)，Uniquest项目(2010年，$80万澳元, 昆大后转$45万澳元至伍龙岗大学), 宝澳项目BA13014(2014，$35万澳元，昆大), 正在进行的项目包括有河钢项目(2017年，ICSS17-01，$50万澳元3年)和宝澳项目（2018年，BA17013，$20万澳元）

        除此之外，丁博士还发明了板材成型产品的残余应力测量方法，这一研究成果获得了澳大利亚核物理研究所(ANSTO)和日本东京大学学者的关注。

        到目前为止丁博士已指导、培养了博士2名，硕士1名，在读博士生2名。在国际期刊上发表10余篇文章以及在国际会议上10余篇文章，国际专利5个，中国专利3个。

本项目技术难题在于以下几个方面：

（1）工艺、装备一体化稳定性控制技术的实现，需要配置平整机、精整机、焊机、剪断机等设备，未实现连续稳定性生产工艺、装备控制技术，存在风险。后续将开展全生产工艺流程和装备参数的模拟仿真，优化产线设备结构、设备参数，确保工艺与装备技术的稳定性。

（2）超高强钢成形过程中如果模具设计不合理，成形工艺优化不到位，会出现产品成形开裂、边波等缺陷；

（3）超高强钢汽车零部件是绿色产品，用于新能源汽车行业也符合国家中长期发展战略，政策风险也很小。

（4）实施过程中的制约因素,体现在河钢集团需要协调集团内部以及对外合作各大平台的管理、技术交流和资源配置等方面，可能影响项目的整体进度安排。但是河钢集团有管理类似项目的丰富经验，可以保证项目的顺利实施。

技术难题解决方案

首先在河钢集团各子分公司组织生产并取样零件所述的钢卷，并对钢卷的各项力学性能和拉压性能进行检测，建立模拟仿真用数据库。然后根据零件规格、性能要求和数据库，采用模拟仿真软件对零件整体生产工艺流程、具体成形工艺和模具截面尺寸进行设计和优化。根据设计要求，对模具块进行生产、加工，对产线所需的所有设备进行选型与配置，同时采用模拟仿真和试验相结合的方法对相应的设备及其应用技术进行研究与开发，然后对产线装备进行调试与定型。设备调试结束后开展产品技术研究，根据产品尺寸精度和性能要求优化生产工艺参数；然后对最终的产品进行权威认证、检测与评价。

技术难题研究内容

本项目采用新型冷弯成形技术，开展高强/超高强钢汽车零件的成形工艺、生产装备及应用、产品质量评价等技术研究，包括以下几个方面：

（1）新型冷弯成形工艺设计与优化

1）建立模拟仿真所需材料数据库。包括弹性模量、强度、伸长率等基础力学性能，以及拉压试验，纯弯曲等实验数据拟合得到的混合硬化模型（Chaboche 模型）；

2）根据零件规格与质量要求、材料性能数据库，采用模拟仿真技术对零件的整体生产工艺、成形工艺等进行设计与优化。对各道次的成形量进行合理分配，得到成形滚花图；

3）根据成形滚花图对模具进行初步设计，并通过模拟仿真和试验的方法研究材料的回弹值，对模具截面尺寸进行最终的优化设计。

（2）产线装备设计与优化

1）模具钢的生产与机加工。对已经设计好的模具进行机加工得到尺寸和表面硬度合格的模具块；

2）根据设计的零件整体生产工艺与成形工艺，对产线流程进行设计，并结合轧制力、扭矩、张力等数据对产线重要设备进行选型与配置；

3）通过模拟仿真和试验结合的手段对产线装备参数进行优化。通过产品尺寸和性能要求，对冷单机架欠压量、轧制力，机组间距、下山量、张力等参数进行优化；

4）机组的调试与运行。

3.新能源汽车高强零部件生产制造技术及产品性能评价

1）研究机组生产工艺参数对产品尺寸精度和应用性能的影响，形成高尺寸精度和使用性能要求的生产工艺技术；

2）对生产的各种产品尺寸精度、使用性能等，进行权威认证、检测与评价。例如对汽车零部件开展疲劳、耐久、压溃等性能测试。

预期实现的目标如下：

（1）应用新的材料数据库模型混合硬化材料模型后，模拟仿真精度提升10%以上；

（2）针对同类型高强钢汽车钢产品，新型冷弯成形产线比传统产线减少38%以上生产道次，且能成形1500MPa以上高强钢；

（3）产品尺寸精度达到±0.75mm；

（4）产品非塑性变形区内残余应力小于100MPa；

（5）产线速度达到10m/min，产品合格率达到92%以上；

（6）完成相关论文2-5篇，申请发明专利2-4篇。

超高强钢随着强度降低，成形性能降低，抗拉强度超过1500MPa时，伸长率一般小于5%，采用冷冲压时难以有效控制回弹和成形破裂

随着我国汽车工业快速发展，来自环保、安全、人类舒适性需求等方面的压力越来越大，迫切需要提高能源效率、安全性，降低生产成本等。大量数据表明，应用980MPa以上的先进高强钢可实现整车轻量化12%-20%，可以降低传统汽车燃料消耗6%-8%和提高安全性能，可以减少新能源汽车制造成本、提高行驶里程5.5%。相对于铝、镁、碳纤维等材料，980MPa以上超高强钢成本最低，是最有商业价值的轻量化材料。目前河钢已经成功开发980MPa以上DP、MS、QP钢等产品，需要进一步开发成形应用技术。

超高强钢随着强度降低，成形性能降低，抗拉强度超过1500MPa时，伸长率一般小于5%，采用冷冲压时难以有效控制回弹和成形破裂，采用热冲压时钢板表面质量差，生产成本高，采用辊压成形的成材率低，存在端口开花、边波、扭曲等质量问题。事实上，超高强钢成形技术的开发是世界性难题，中国、日本、德国、韩国等国竞相开发柔性辊压成形技术、热辊弯成形等新型成形技术，但技术仍不成熟，无法应用于汽车工业。本项目创新了目前国际最先进的渐进成形和最优曲面的设计思路，解决了成形过程中非变形区域多余变形和多余能源消耗的问题，可以降低了制造成本10%，提高先进高强钢零件成材率，降低非变形区残余应力，提高超高强汽车钢零件成形制造精度，极大提高应用超高强钢的安全性。

本项目实施后可在新能源汽车高强汽车板零件制造等领域进行推广与应用，预计每年推广先进钢铁材料100万吨以上，创造10亿元以上经济效益。同时，先进钢铁材料在新能源汽车上应用，达到20%以上的轻量化效果，并大幅增加续航里程，提高能源效率，减少温室气体排放，大幅降低生产成本，创造巨额的社会效益。