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  • 中国钢研第三代汽车钢技术资料

    作者:admin发表时间:2023-12-13

      中国钢研科技集团有限公司(以下简称中国钢研)隶属于国务院国资委,2006年12月由原钢铁研究总院和冶金自动化研究设计院合并组建而成,2009年中国钢研被国务院国资委列入董事会试点企业。中国钢研拥有安泰科技、金自天正、钢研高纳三家上市公司,2010年资产总额130亿元,销售收入74亿元。

      随着汽车轻量化和防撞安全性要求的提高,汽车钢向高强度和高塑性方向发展。以汽车薄板钢高强度化为基础的汽车轻量化和安全性已成为当今提高汽车市场竞争力的一项关键技术。目前,汽车上大量应用了高强度钢,但随着强度提高,钢的塑性降低,这类高强度钢属于第一代汽车钢(如DP钢、CP钢、TRIP钢、热成形硼钢等),从上世纪九十年代开始在世界范围内到了足够的重视和长足的发展。各国投入大量力量正在研发的亚稳奥氏体钢(如TWIP钢、奥氏体钢)塑性较高,但由于合金含量高导致了生产工艺要求复杂,钢的成本高,目前尚未完全工业化生产和应用。第一代汽车薄板钢(传统汽车薄板钢)主要是以铁素体、贝氏体或马氏体等体心立方相为基体,其抗拉强度与延伸率的乘积(强塑积)一般为15GPa%的水平,难以适合未来汽车的轻量化和安全性需求;而第二代汽车钢是以奥氏体为基体的高合金钢,其强塑积虽达到了较高的50GPa的水平,但是其合金含量高和生产工艺控制困难导致了薄钢板成本较高。目前,市场需要性能和和成本介于两者之间的新型汽车薄板钢。汽车钢是钢材产品中的高端产品,是一个国家的钢铁工业技术水平的重要标志,各国非常重视汽车钢的研发工作。

      中国钢研科技创新成果突出,拥有科技成果5000余项、授权专利783项、国家级奖励293项、省部级科技进步奖1043项。近五年,获得国家二等以上科技奖19项,其中包括国家科技进步一等奖2项、国家自然科学二等奖1项、国家发明二等奖2项、光华工程奖2项、何梁何利奖1项。

      中国钢研在国家创新体系建设中发挥着重要作用,牵头和参与组建了钢铁可循环流程技术创新战略联盟(国家科技部等六部委批准)、首都钢铁服务产业联盟、首都工程技术创新产业联盟、高速列车用钢研发创新联盟(北京市批准)等新型产学研合作组织,集中和优化整合创新要素,形成了有效的合作创新机制和科技成果转化机制,在发展壮大自身产业的同时,瞄准国家和行业科技发展需求,始终为国民经济和国防建设发挥着重要的科技支撑作用。尤其是中国钢研联合宝钢、鞍钢、武钢、首钢、唐钢、济钢六家大型钢铁集团,北京科技大学、东北大学、上海大学三家钢铁行业主力大学组建的钢铁可循环流程技术创新战略联盟,通过建立的新契约型产学研合作模式,克服了以往以资产为纽带产学研合作组织的困难和重新设立事业性研究单位的诸多弊端,以及以项目为纽带合作的短期性和不稳定性,在我国钢铁行业共性关键技术和前沿技术创新等方面发挥了重要作用。联盟以“十一五”国家科技支撑计划重大项目“新一代可循环钢铁流程工艺技术”的实施为契机,集中整合了我国钢铁行业的企业、高校和研究单位等多个创新要素,自主创新和集成开发了我国新一代可循环钢铁流程工艺技术,建成了国内首个集钢铁产品制造、能源转换和消纳大宗社会废弃物三个功能于一体的国际一流大型钢铁企业示范。

      汽车是我国国民经济的支柱产业之一,对拉动国民经济和保障就业具有十分重要的作用。汽车的大量使用导致能源和环境方面的问题更加突出,因此节能、环保是汽车发展的主要方向。钢材占汽车重量的70%左右,汽车的轻量化和高安全性要求汽车用钢向高强化方向发展。另一方面,交通事故是导致人员伤亡的一个非常重要的原因,随着我国汽车保有量的增加,汽车的安全性问题日益受到重视。因此,要求汽车用钢同时具有高的强度和塑性,以提高碰撞安全性。为汽车制造提供轻质和安全的钢材(工业化国家汽车工业约消费15%的钢材产量),需要我们研发更高强度、更高塑性和更易加工的钢材,这是国际汽车用钢的发展潮流。近年来,我国汽车产销量逐年增加,2010年超过了1800万辆,蝉联世界第一。我国汽车工业的发展需要更高性能的钢铁材料。长期以来,欧洲、日本、美国等工业化国家一直引领汽车钢的发展潮流,虽然我国汽车钢研发和生产发展迅速,但一直未能摆脱跟踪学习方式。我国汽车工业发展呼唤汽车钢的创新以提高其竞争力,发展到今天的具有先进装备的中国钢铁工业也需要在汽车钢技术发展有所突破。这是转变发展方式,走创新性国家的必由之路。

      2007年中国钢研的科研人员注意到国际上的汽车钢研发动向,干勇董事长高瞻远瞩,果断决策,立即投入力量开展第三代汽车钢的研发工作。在多年钢铁材料技术研发的基础上,特别是热成形钢的研发基础上,于2009年首先在实验室研究出具有高强度和高塑性的第三代汽车钢,其抗拉强度与延伸率的乘积超过了30GPa%,比第一代汽车钢翻两番,而合金含量却不到第二代汽车钢的1/3。2010年,在科技部973项目的支持下,中国钢研与太钢的科研人员和生产人员在多轮实验室试验的基础上从国庆节假期开始冶炼工作,大家团结一致,不分昼夜,辛勤劳动,在一个月左右就完成包括冶炼、连铸、热连轧、退火、冷连轧、退火和检验等一系列大量的工作。成功地在工业生产流程上开发出第三代汽车钢热轧板卷和冷轧板,强塑积均超过了30GPa%(抗拉强度为900MPa级时,延伸率达到了35%),率先在国际上研发出第三代汽车钢产品的工业生产技术。已经申报了3项发明专利,其中授权1项。我国一汽的新车型H车平台的三个零件已经采用了中国钢研所研发的1500MPa级热成形钢。研发结果公开发表后,得到了国内外的广泛关注。具有理论和技术优势的德国亚琛工业大学(RWTH Aachen)和马普钢铁研究所(Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf(MPIE))的汽车钢研发团队特邀中国钢研的科研人员访问该机构做为期一个月的高性能汽车钢深入学术交流。未来,第三代汽车钢的应用将大幅度降低汽车重量,提高碰撞安全性。这一工作从根本上开始改变我国长期以来跟踪学习国外汽车钢技术的局面,开创了汽车钢技术创新的新局面,促进钢铁企业的技术和产品升级换代,为我国从钢铁大国向钢铁强国转变提供了相关的有力技术支撑。

      中国钢研的科研人员在国资委对央企做强做优和加强行业(企业)技术创新工作的指导要求下,为钢铁行业和汽车行业发展积极开展技术创新工作,在行业共性和关键技术方面持续努力开展研发工作。钢铁行业大家徐匡迪院士、殷瑞钰院士和干勇院士的正确引导为团队的工作指明了前进方向。集团公司各级领导,特别是集团的董事长干勇院士、才让总经理,在研发团队的研发工作过程中给予了极大的鼓励和支持,在团队技术核心翁宇庆院士的指导下,在课题负责人董瀚教授的带领下,大家攻克了连铸厚板坯和热卷冷却组织调控两个关键技术难点,结构材料研究所和国家连铸技术中心的科研人员将学科发展、行业需求、装备能力等因素密切结合起来,在国家科技部的及时和大力的科研项目支持下,研发出了具有世界领先水平的第三代汽车钢。

      多年来,中国钢研致力于冶金新材料和行业共性关键技术研发,是我国冶金行业最大的综合性研究开发机构。中国钢研承担了我国冶金行业85%以上国防军工新材料和50%以上行业共性关键技术研究开发任务,在合金钢、高温合金、金属功能材料、难熔合金、粉末冶金材料等领域,先后研制出近千种高技术关键新材料,为航空、航天、兵器、船舶、核能、电子等重点工程型号配套做出了重要贡献,曾多次受到党中央、国务院和的表彰嘉奖;在炼铁、炼钢、连铸、轧钢及深加工以及自动控制与传动等领域为钢铁工业技术进步做出了重要贡献。

      在国家科技部“973”项目的大力支持下,中国钢研的科研人员从上个世纪末紧跟着国际钢铁材料研究前沿潮流,开展了钢的组织细化的研究,当时主要集中在铁素体晶粒的细化上,通过形变诱导铁素体形变,可以将铁素体晶粒从数十微米细化到一微米。但是,在强度大幅度提高同时,塑性不但没有提高,相反得到了损害。当时韩国浦项制钢的研究人员通过在组织中引入马奥岛来改进塑性。近年来,我们在数十年马氏体钢的研究基础上,充分认识到马氏体具有最细的组织—亚微米级的板条(lath),同时它还是一个多尺度组织:数十微米尺度的原奥氏体晶粒、十微米尺度的板条束(packet)、微米级尺度的板条晶(block)、亚微米级尺度的板条。认识到不同尺度的结构控制着不同的力学性能:强度、韧性、塑性等。虽然马氏体组织可以获得很高的强度,如低合金马氏体钢的抗拉强度达到了2200MPa级,但韧塑性较低。现在一般应用的马氏体钢的抗拉强度不会超过2000MPa,原因就是韧塑性较低。钢的塑韧性,特别是超高强度钢的塑韧性还能不能再提高呢?我们认为马氏体的多尺度结构提供了一个可以进一步调控的空间,同时在较硬的马氏体基体上引入较大数量的软相—如奥氏体,也可能是改进韧塑性的有效措施。

      国家发改委的先进钢铁材料技术国家工程研究中心的建设为第三代汽车钢的研发提供了坚实的物质基础,这是“产学研用”相结合的成功典范:经过多次讨论,太钢在钢板的工业试制方面制定了周密的冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火工艺操作方案,并且大胆尝试,为工业化试制成功奠定了基础;华中科大的热成形模拟技术为零件的成形提供了不可或缺的参考;上海交大的淬火配分理论深入研究和清华大学的碳配分表征研究为第三代汽车钢的工艺制定提供了坚实基础,上海大学的高强度汽车钢研究成果有利于第三代汽车钢技术思路的形成;中国一汽的汽车零件应用技术研究很好地促进了第三代汽车钢的应用。这些优势单位构成了第三代汽车钢的坚强有力的“产学研用”研发团队。应该说,第三代汽车钢的研发成功凝聚了我国几代钢铁人的智慧和方方面面的大力支持,更是国家不断强大发展的表征。第三代汽车钢的研发成功表征着我国多年来从学习国外汽车钢技术到自主创新的转变开始,将会极大地鼓励汽车钢生产和应用领域科研人员的创新热情,有利于我国钢铁产品结构的升级换代,促进汽车钢应用技术的发展,促进我国从钢铁大国向钢铁强国转变。第三代汽车钢的研发团队清醒地认识到,现在第三代汽车钢的研发成绩,展现出灿烂宽广的发展前景,但只是万里长征的第一步,未来还有更多的难关需要攻克,还有更加艰巨的质量稳定生产和应用的工作需要开展。

      中国钢研是国家首批103家创新型企业试点单位之一,是中关村科技园首批100家创新型企业之一和国家海外高层人才创新创业基地,也是我国金属新材料研发基地、冶金行业重大关键与共性技术的创新基地、国家冶金分析测试技术的权威机构。现有14个国家级中心、国家重点实验室和国家工程实验室,包括先进钢铁材料技术国家工程研究中心、连铸技术国家工程研究中心、国家非晶微晶合金工程技术研究中心、国家冶金自动化工程技术研究中心、先进钢铁流程及材料国家重点实验室、混合流程工业自动化系统及装备技术国家重点实验室、先进金属涂度国家工程实验室、钢铁制造流程优化国家工程实验室、国家钢铁材料分析测试中心等。

      中国钢研坚持“以科技为先导、以产业为支柱、以创新为灵魂、以人才为根本”发展方针,致力于构建由“战略科学家、领域权威和学科带头人”组成的高层次人才梯队。目前,有两院院士7人,国家级有突出贡献中青年专家23人,享受政府特殊津贴专家367人,新世纪百千万人才工程国家级人选4人,博士生导师48人,硕士生导师106人。在专业技术人员中,具有副高级以上职称人员730人,享受教授级待遇人员202人;具有博士研究生学历的170人,具有硕士研究生学历的459人。

      美国的科学家首先提出了第三代汽车钢的概念,汽车/钢铁联盟在DOE和NSF的支持下于2007年10月启动了为期三年的强塑积与成本介于第一代汽车钢与第二代汽车钢的第三代汽车钢的研发工作。相继,中国与韩国也相继启动了提高强塑积的高强高塑钢的研发工作。到目前为止,各国开发第三代汽车钢的技术思路仍然在积极探索之中。

      我们的目标是,通过对亚稳奥氏体相变研究,探索通过多相组织或马氏体组织提高塑性的途径,发展强塑积30000MPa%(抗拉强度1.0GPa级、A30%;抗拉强度1.5GMPa级、A20%)的第三代汽车用钢的组织调控技术。

      应该说,目前我国的研发工作走在了前面,不但是明确了技术思路,而且在先进的钢铁生产工业流程上试制出了第三代汽车钢热轧板卷和冷轧板。这归因于创新性国家建设的引导、国资委和科技部的指导和支持、中国钢研的良好科研环境、“产学研用”相结合的科研方式;还归因于研究团队在多年工作基础上,采纳了国际材料领域的最新科学研究成果,确定了正确的组织调控思路。

      四、第三代汽车钢技术Biblioteka Baidu线年,中国钢研研发出的第三代汽车钢(钢板的强塑积超过了30GPa%)受到了国内外同行的高度关注。除了第三代汽车钢所表现出的高强高塑和低成本特征外,业内人士还十分关注获得这种特征所应用的技术思路是什么,或者说采用了何种类型的化学成分体系、生产工艺技术和微观组织结构可以获得这样具有创新性的优良综合目标。

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