随着模块化制造技术和集成化工程结构的发展，各类机械制造业和新型工程结构不仅对钢铁产品原材料的性能质量提出了更高的技术标准要求，而且显著扩大了对机械设备、工程结构可以直接安装和使用的零部件和构件的需求。因此，近年来国内外的先进钢铁企业，为满足以汽车制造为代表的机械工业和以铁路工程为代表的基础设施建设行业的需求，与汽车、机械、能源、铁路等行业相关用户密切合作，对传统钢铁产品的深加工进行了大量试验研究，为深加工新产品的开发配置了相应的新设备。尤其是以热成型处理工艺为基础的深加工技术取得了重要进展，在获得高强度、高精度、高附加值产品的同时，取得了高效率、低能耗、低成本的经济效益。
热冲压成型技术 热冲压成型工艺的主要特点是采用含硼低合金钢板，在奥氏体区（900℃~950℃）进行热成型后随即进行淬火硬化处理，获得具有良好尺寸形状精度和抗拉强度TS1300MPa~2000MPa的超高强度钢构件。由于在奥氏体区进行热变形，钢板可以在很低的流变应力和冲压载荷下成型，获得形状十分复杂和几何精度很高的构件，而且不会出现回弹问题。这是汽车厂家制造新一代节能、环保、安全、舒适的超轻钢汽车所迫切需要的构件。 在热成型过程中，高强度钢板在以下3个阶段表现出不同的力学性能： 热成型前：考虑到钢板下料模具的设计和淬火强化的效果，最常用的热成型钢是含硼钢20MnB5~37MnB4，在室温下具有铁素体—珠光体组织，屈服强度为YS350MPa~550MPa级，抗拉强度为TS550MPa~700MPa级。同时，为避免构件表面氧化，须要使用一种专用的以Al和Si为基的防高温氧化涂料，采用镀层钢板。如果因控制成本不采用防高温氧化涂料，则必须在热成型处理后清除构件表面的氧化铁皮。 热成型中：在热变形温度下（900℃~950℃），奥氏体化的钢板具有低强度（TS<150MPa)、高伸长率（A>50%)和良好塑性流变成型能力，使得钢板能够顺利冲压成型，获得所需的各种复杂形状结构，并且不存在冷冲压构件的回弹问题，保证了构件的高几何精度及其稳定性，同时显著降低冲压成型载荷和能耗。 热成型后：在热冲压成型后立即对模具中的构件进行淬火处理，冷却速度应大于27K/s，使构件迅速冷却到马氏体点以下（例如MS＝425℃），以获得马氏体组织和TS1300MPa~2000MPa的超高强度。热成型后必须采用专门的构件精整工艺，而没有附加的成型、切割和剪边等设备。 热冲压成型工艺最主要的优点是，可以在很低的冲压载荷条件下，获得具有超高强度的高几何精度构件。这种超高强度构件具有优异的抗冲撞性能，可用于车身结构中的A柱、B柱、前后保险杠、门板加强肋、门槛、车顶纵梁、侧冲击梁、隧道形底板等承载结构件和抗冲撞构件。2010年以来世界先进车型内采用的热成型构件已超过50件。目前，全球已有159条热冲压生产线，年产热冲压构件超过4.5亿件。但是，大部分热冲压生产线和产品分布在欧洲和美国，我国只有11条生产线。在我国生产汽车板的钢铁企业中，只有宝钢建起了热成型生产线，武钢建起了一条试验研究用热成型机组。 高延性铸铁的等温热处理技术 等温处理高延性铸铁ADI (Austempered Ductile Iron)，国内普遍称之为等温淬火球墨铸铁，具有很高的强度、延塑性和韧性，并保持低密度、低噪音、低能耗、低成本的优势。ADI铸铁在抗拉强度TS1000MPa的高强度下，具有A10%的伸长率和EA120J/cm2的（无缺口）冲击功，其弯曲疲劳强度可达到400MPa~500MPa，接触疲劳强度可达到1750MPa，与合金钢水平相当。因此，ADI铸铁已成为21世纪人们关注的热点材料和技术之一。甚至有国外学者称，球墨铸铁、蠕墨铸铁和等温淬火球铁ADI的发展已让世界进入了“新铁器时代”。 ADI高延性铁的技术关键是等温淬火处理（austempering），在奥氏体化后快速冷却到贝氏体温度区进行等温处理，以获得贝氏体型的铁素体（或称针状铁素体）和富碳奥氏体组织，也可称为奥铁体（ausferrite）。正是这种组织，使ADI铁在原来一般铸铁的高强度、高硬度、高耐磨性能的基础上，显著改善了延塑性、韧性和疲劳性能，被越来越广泛地应用在汽车、机械和铁路等领域。 等温处理高延性铸铁ADI十分适合汽车零件的需求，国外已广泛使用其代替铸钢、锻钢生产汽车曲轴、齿轮和底盘零件。在欧美发达国家的ADI应用市场中，汽车零件占了ADI总产量的50%以上，以汽车底盘零件的应用为最多，尤其是中型和重型卡车底盘的零件。在重型载重汽车和大型客车中，很多原来采用铸钢、锻钢和普通球墨铸铁制造的零件，现在已经使用强塑性更好的ADI来制造。 东风汽车有限公司在5吨高机动性越野车试制中，采用ADI替代传统的铸钢件，并根据ADI良好的铸造性能和力学性能来优化结构设计。通过计算机有限元分析看到，采用ADI的零件在关键部位减薄减重后，承载能力仍比其他材料原尺寸零件有所增强。该车型在14个零件采用ADI后，总重量从630kg减轻到380kg，减重近40%。 值得注意的是，德国、芬兰和意大利经过3年多全面系统的合作研究，完成了对ADI铸铁零部件采用压铸工艺所需的各项新技术和新设备开发，在2001年底获得了具有更高强塑性的新型热挤压高延性铸铁SQ-ADI构件。这项发明，实现了对模具内凝固过程中的铸铁构件进行热挤压，并利用成型后的高温条件随即进行在线等温淬火处理，制造出汽车用弹簧悬架和拖拉机用环形齿轮。这种SQ-ADI零部件的制造工艺，采用了PVD涂层的永久性铸模，以及压铸热成型与在线等温处理相结合的最新深加工技术，获得近终形（Near Net Shape）零部件产品，减少了机械加工量；消除了铸件内部气孔，均质性超过合金钢锻件产品；显微组织优化，显著提高了强塑性、耐磨性能、疲劳强度和加工性能，并降低了生产成本。 超高强度重载钢轨的在线热处理技术 国内外近40年的研究开发结果表明，高强度钢轨最有效的强化途径是在适当合金化的基础上，采用先进的在线热处理技术，可以在原有TS980MPa级热轧钢轨的基础上，在少量添加合金元素的条件下，通过热轧成型后的在线热处理工艺，获得超细珠光体组织，实现高效、低成本的强化效果，获得TS1180MPa级~TS1380MPa级超高强度重载钢轨批量生产的效果。 同时，钢轨在线热处理工艺不仅能够提高生产率，降低能耗和生产成本，而且可以使轨头截面获得更细小的珠光体层片间距和珠光体团块尺寸、更深的热处理硬化层、更均匀的显微组织和硬度分布，从而获得更高的强度、硬度、耐磨性能、断裂韧性和疲劳性能。因此，对热轧成型的钢轨随即进行在线热处理的深加工，其工艺效果显著优于在铁路焊轨厂对钢轨进行传统离线热处理的效果。这种经过在线热处理的超高强度钢轨，是完全处于直接使用状态的兼具高几何精度和超高强度的深加工产品。 目前世界上只有3家钢厂具有自主开发对热轧成型钢轨进行在线热处理的设备的工艺条件，包括奥钢联多纳维茨厂的HSH设备工艺、新日铁八番厂的NHH设备工艺和攀钢轨梁厂的在线热处理设备工艺。 我国攀钢、包钢、鞍钢、武钢、邯钢5家100米超长轨生产线的主要产品是TS880MPa级（U71Mn）高速轨和TS980MPa级（U75V）高强轨。据铁科院首席专家的预计，我国的高速铁路网建设将在2015年基本建成四纵四横高速客运干线。此后，我国铁路建设的重点将逐步从高速铁路网建设（主要采用TS880级高速轨）向重载货运专线建设、客货混运线路的更新换代过渡和转移。因此，加快开发和应用先进的钢轨在线热处理技术，开发和生产TS1180MPa级~TS1380MPa级的超高强度重载钢轨，已经成为未来10年我国铁路建设战略发展的技术关键。 邯钢2012年建成我国第五条100米定尺超长轨生产线，包钢2013年建成自身第二条、国内第六条100米超长轨生产线。这两家钢厂均引进了德国的在线热处理设备，在工艺布置、冷却方法、流程衔接等方面采用了一系列新技术和新方法。今后，攀钢自主开发和邯钢、包钢分别引进的热轧钢轨在线热处理设备，如何发挥各自的技术特点和优势，在热轧成型和在线热处理全生产流程中，对各工艺阶段的热变形温度、运行速度、热处理参数、冷却速度、相变组织进行准确稳定的控制，实现对超长轨的在线深加工热处理，对于我国高效化、连续化地生产TS1180MPa~TS1380MPa级系列超高强度重载钢轨，满足重载货运专线建设和客货混运线路升级的需求，全面推进我国铁路网建设具有重要意义。(来源：中国冶金报）热成型处理技术的发展和应用
发表时间：2014-11-18 09:19 作者：admin 来源：未知 浏览：
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