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浦项钢铁汽车钢生产技术优势及特点
  • 浦项钢铁汽车钢生产技术优势及特点
发布时间:2015-10-21

  近日,韩国浦项钢铁公司武汉工厂正式投产,这预示着代表国际领先水平的汽车钢生产技术引进国内,这对一些大型钢企来讲,有着不小的冲击与挑战。那么,韩国浦项钢铁公司到底有哪些技术优势和创新呢?下面让我们来了解一下。

  1994年至今的20多年间,韩国浦项钢铁公司在钢板材料和制钢工艺等方面的技术创新进展不断,在汽车行业里程碑式的技术创新颇多。为顺应汽车车身轻量化、燃油效率高的趋势,浦项开发了多种汽车用材料和轻量化、环保、节能、安全的汽车用钢产品,其钢板表面处理技术、激光拼焊技术和成型技术的水平也在不断提高。 

  除IF钢(无间隙原子钢)、HSLA钢(高强低合金钢)和传统的AHSS钢(先进高强钢)外,浦项还在推进强塑积指标更大的X(Extra)-AHSS和U(Ultra)-AHSS钢(称为下一代汽车用钢)的研发,其研发方向已经由“片面追求高强度”转向“高强度与成型性兼备”,产品可以同时满足强度、延伸率、制造成本3大指标的最高水平,以满足汽车制造商的新需求。 

  浦项在汽车工业领域的技术创新方面能综合运用汽车轻量化技术、注重研发钢板表面处理技术并能为汽车厂商提供全套解决方案,值得国内钢厂借鉴参考。 

  近20年,浦项在汽车用钢生产技术的研发进展主要体现在其材料创新、工艺创新和涂层创新三方面。 

  材料创新 

  MAFE钢(Micro Alloy Free-Exposed钢,2004年)———C含量被控制在15ppm以下,用纳米级的CuS/MnS代替TiC/NbC,均匀分散在钢组织中,可以提高烘烤硬化钢表面性能,并有效降低生产成本。该钢种的BH2值为50MPa,抗拉强度为355MPa,屈服强度为235 MPa,比IF钢的屈服强度(215MPa)高约20MPa,目前主要被用于发动机罩外板、车门外板、挡泥板等汽车外板。 

  DP钢(双相钢,2004年~2009年)———2004年,490MPa级DP钢首次用于汽车外板。此后,产品强度级别和性能不断优化。2009年开发出的980MPa级DP超高强度钢,分为高YS型和低YS型。前者属低碳型,贝氏体组织,焊接性能和弯曲加工性能好;后者延伸率高,加工性能好,加工后的耐久性突出,可以用于汽车座椅轨道、缓冲梁、侧梁等增强材料零件。 

  TRIP钢(相变诱导塑性钢,2001年~2014年)———浦项对前纵梁经重新设计后,用590MPa TRIP钢替代390MPa HSLA钢,零件厚度不变,总长度减少150mm。TRIP钢具有高强度和加工硬化性,可以在不削弱抗撞性能的前提下使零件结构更为紧凑,适用于横梁、加强件、车顶、安全带、保险杠、导轨等结构件。 

  CP钢(复相钢,2006年~2009年)———2006年与韩国现代汽车集团共同开发出了1180CP钢的合金热镀锌板,厚度仅为目前使用钢板的33%,但强度提高了2倍,可大大减轻车身重量,并增强汽车安全性能。1180CP钢比TRIP钢的合金含量更少,焊接性提高。 

  HPF钢(热成型钢,2007年~2013年)PosMartGI1470钢板是抗拉强度大于1470MPa的马氏体钢板,采取低碳设计,焊接性很好,成型性更好,目前可用于车身底部,同时满足抗拉和耐腐蚀的双重需求。2013年开发出抗拉强度为2000MPa的HPF钢板,适用于汽车立柱、缓冲梁等形状复杂、强度要求高的构件。HPF钢板从高温中取出后,材质软,易于加工;在900℃成型后,则具有高强度。 

  FB钢(2009年)———用于下拉臂、轮圈、轮辋、减震器、方向盘、后轮悬挂装置等带有凸缘和空洞的零件,能有效减重。 

  TWIP钢(1994年~2012年)———组分为Fe-25Mn-0.5C-1.5Al-0.1Si系列的TWIP冷轧钢板于1994年诞生,最小抗拉强度为800MPa,延伸率为60%。第二代TWIP钢的组分为Fe-23Mn-0.6C,但金属Mn价格昂贵,且会降低焊接性能,甚至会出现延迟开裂现象。因此,2007年,浦项开发出Fe-18Mn-0.6C-1.5Al-Nb,V。截止到2008年8月份,浦项TWIP钢第一阶段自主研发已经结束;2012年,浦项向韩国现代汽车集团、克莱斯勒、通用、大众等公司提供了TWIP钢样品。 

  汽车结构用钢ATOS(Steel for Automobile Structure,2012~2014年)———屈服强度在300MPa以上,抗拉强度在500MPa以上,通过添加析出元素或者在低温冷却,可获得1000MPa以上的抗拉强度,主要用于商用车车架、起重机臂架和挖土机等重型装备。 

  不锈钢(2008年~2014年)———2008年开发出汽车排气系统专用436J1L不锈钢,降低了Mo含量,同时兼顾较高的耐腐蚀性和成型性;2009年开发的镀铝不锈钢POSAl409L用于汽车排气管的外部材料,与SUS 436和SUS 439等产品相比,耐腐蚀性和价格优势都更胜一筹;2011年开发出汽车密封垫专用301和403不锈钢,加工性能优良,在500℃的高温高压环境下也能保持较好的耐疲劳性能,有助于延长发动机的寿命;2013年问世的汽车排气系统专用的POS429W1是排气歧管专用高耐热400系不锈钢产品,具有SUS 444同样的成型性,高温强度安全性突出。 

  电工钢(2012年)———主要用于制造电动汽车专用的发动机、电池等部件的电工钢,被认为是全世界顶级汽车制造商认定的最优水平。浦项在其技术研究实验室创办了一个名为“EM-ES”(环保马达电工钢)的项目组,而且在国内外10余家汽车制造企业推动EVI(供应商前期介入)活动,涵盖汽车交流发电机(50PN470)、电动压缩机马达(50PN350)、牵引电机(35PN230)、启动发电一体机(35PN230)、电动助力转向电机(50PN470)等。 

  轮胎钢帘线用钢(2010年)———2010年开发的轮胎帘线用超高强度线材1078MPa级POSCORD80S,可生产ф0.2mm 3200MPa级钢帘线;轮胎帘线用超高强度线材1275MPa级POSCORD92Si,可生产ф0.2mm 4000MPa级钢帘线。目前,浦项正在开发可生产最大抗拉强度为4700MPa级钢帘线的线材。 

  螺旋弹簧用钢(2012年~2013年)———2012年开发的汽车发动机气门弹簧用2300MPa级线材POSCORD80S是世界顶级的高应力材料,具有极好的抗疲劳性,可以使弹簧直径减少10%,燃油效率提高0.4%。2013年开发出的汽车螺旋弹簧专用的1250MPa弹簧线材是强耐腐蚀性弹簧线材,在保持材料强度的同时,可以从根本上预防弹簧在使用初期因表面腐蚀而出现断裂。 

  工艺创新 

  激光拼焊板(2000年)———拼焊板常用于门内板、B柱等需要部分加强或者要求强度高的部件。浦项起初采用同种钢不同厚度的钢板进行拼焊,后来逐渐演变成采用不同钢种不同厚度的钢板进行激光拼焊。近年来,热成型(HPF)中也有导入拼焊板(TWB) 技术的案例。 

  热成型(2005年)———为克服在冷成型过程中材料的固有塑性,浦项在制造超高强度零件时同样采用了热成型工艺,运用热压技术将含硼钢板加热到900℃后进行成型和冷却,可生产1.6mm~3.2mm 98kg~150kg级的汽车保险杠内衬钢及防撞杆钢等产品。为了获得高强度和良好成型性,浦项开发了两种热成型工艺:第一种方法称为“多重强度热成型”(MS-HPF),即在成型和淬火之前,在特定的加热炉中,对整个板采用不同的加热路径,在传统的HPF温度条件下给予较硬的强度并产生马氏体相变,但较低的加热度会导致扩散的相变,可以得到一部分区域具有韧性强度;第二种方法叫做“拼焊板-热成型”(TWB-HPF),可以在相同的温度条件下同时获得两种材料完全不同的淬透性,即通过高强度低合金钢(HSLA)和热成型钢激光焊接后得到的拼焊板。浦项为MS-HPF专门设计、安装了加热炉,同时也研究了优化工艺参数,评估TWB-HPF零件性能的方法。 

  管件液压成型(2000年)———目前浦项主要将抗拉强度为300MPa~590MPa的钢用于制造液压成型的零件。在底盘零部件的酸洗(PO)材料方面,浦项开发了液压成型专用材料POS-HF290、HF370、HF440;在排气系统小型零部件方面,主要使用SUS304、SUS310、SUS409L等不锈钢材料,近期也使用强度在590DP以上的材料,同时试图采用TWIP钢等新材料。 

  辊压成型(2011年)———辊压成形工艺中最主要的限制因素就是早期只能生产相同截面的产品,为了克服这一局限,浦项已经开发了“断面的长度方向可变的变截面冷弯成型” MD-RF技术(POSCO Multi-directional Roll Forming,PosRollForm)。 

  涂层创新 

  PosMAC(POSCO Magnesium Alloy Coating Product,三元合金镀层高耐蚀钢板,2012年)———其镀层成分与日本日新制钢ZAM产品相似,主要含有Zn、Zn-MgZn2和Zn-MgZn2-Al。PosMAC具有高耐蚀性,其耐蚀性是普通镀锌产品GI、HGI的5倍以上,且能够让冲压设备受到更少的锌粉污染。该产品适用于汽车马达、光伏太阳能发电支架、高级建筑外装材等,市场前景广阔,目前,浦项正计划将其推广到汽车的内外板材。 

  燃油箱钢板POS E-coat(2006年~2010年)———汽车油箱专用无铬GW钢板采用“无Cr”预处理技术,不含Pb、Cr等元素,与塑胶、锡合金油箱相比成本可回收性更高。钢板由Zn-Ni电镀液处理后,再由辊涂机进行涂覆,然后烘干。 

  润滑钢板(2006~2010年)———GA-SP(SP,Slidable Prephosphate,滑动式预磷化处理)钢板,是将10nm~30nm级的无机SP涂层涂覆在GA钢板表面,摩擦系数可减小约20%,且焊接性、耐腐蚀性、脱脂性和涂装性均有所改善。GA-SP钢板适于汽车车门框架、后挡板等需复杂成型工艺处理的部位。GI-SZ钢板,是将10nm~30nm级的有机—无机物混合涂层涂覆在GI钢板表面,GI-SZ钢板的摩擦系数为0.13~0.16,而GI钢板的摩擦系数为0.15~0.3,且钢板耐划伤性和焊接性能均有所提高,适于汽车的内、外面板。 

  汽车用表面处理钢板POS-sealed(2006年~2010年)———复合树脂膜和金属粉末混搭处理的复合涂层钢板,用于提高凸缘的耐腐蚀性,同时适用于电泳、包边凸缘密封胶或空腔喷蜡等方法所不能保护的汽车门、板的卷边部位接触面。该产品在欧洲被称为TOC(Thin Organic Coating,薄的有机涂层)或可焊性涂料,可用于汽车门板、发动机罩外板、挡泥板等汽车外板。POS-sealed钢板的树脂层含有的金属粉末具有润滑性能,不仅可以减小钢板的摩擦系数,还可以提高加工性,在一般加工工艺中不会发生擦伤或树脂膜脱落的现象。 

  汽车零部件用树脂涂层钢板(2006年~2010年)———浦项开发出的新型汽车零部件用树脂涂层钢板,可以在不需剥落树脂薄膜的情况下,经过成型工艺,制成汽车零部件,且成型后可以免去额外的涂装处理,主要用于汽车滤油器壳体和带防尘盖的制动器制动底板。为了提高成型性和耐腐蚀性,纳米级的黏土和特殊的抗腐蚀无机溶剂加进了树脂钢板的油漆中,无铬镀层用于改善钢板和顶部树脂涂层之间的附着效果,并提高成型后的耐腐蚀性;树脂材料可以同时提高钢板的延伸率和硬度,从而避免深冲压对钢板组织的破坏。 

  GI(H)-ACE钢板(2009年)———ACE指Aerosols Charged with Electrostatic,在GI钢板镀锌层固化之前,喷上带电水雾,可以减小GI板的锌花。GI-ACE钢板比EG钢板生产成本更低,且减少了GA冲压成型的锌粉污染,改善了GI钢板的抗划伤性能和耐腐蚀性能。GI-ACE钢板主要用于发动机罩外板、行李箱盖上外板、挡泥板等汽车外板。GI钢板结构中有巨大的锌花和丰富的树枝晶,采用除盐水制造的GI-ACE钢板中有稠密的锌花,但没有树枝晶;如果采用磷酸盐制造,则有更稠密的锌花生成。GI(H)-ACE的锌花大小为50μm~300μm,明显小于普通GI(H)的500μm~1000μm。 

  POS G-GREEN(GI/HGI无铬钢板,2006年~2010年)———耐腐蚀杂化聚合物涂层中黏含有Ti、Al、Zr等金属,提高了顶部涂层和镀锌层之间的粘附性;磷化聚合物和硅化聚合物提高了涂层的耐腐蚀性。其中细分为NC(普通类,Non-Chromate)和NE(Non-Chromate Excellent)。前者的产品厚度为0.25mm~2.3mm,适于家电和建筑行业;后者产品厚度为0.4mm~2.3mm,适于家电和自动售货机。 

  POS G-GREEN钢板结构———经过特殊后处理,耐腐蚀性、焊接性和涂装性优秀,适于汽车行业的机油滤芯和模板,以及家电行业的电脑壳体、自动售货机、冰箱洗衣机和微波炉等产品。 

  创新特点 

  从近20年的成果可知,浦项在汽车工业领域的技术创新具有3个特点。 

  综合运用汽车轻量化技术。浦项自主研发了各种先进高强钢,如DP钢、TRIP钢、CP钢、FB钢,以及TWIP钢等;改进并开发了一系列的成型技术,如热成型、液压成型、辊压成型等。同时,浦项在车体不同部位分别采用了高级别的线材、不锈钢、电工钢,以及镁板等原材料,实现了最优配置。 

  注重研发钢板表面处理技术。浦项改进了传统的镀锌方法,提升了表面处理技术,开发出多种新型表面处理钢板,属于能效高的环保型产品,目前,已经广泛应用于汽车、家电和建筑行业。在汽车用钢方面,推出PosMAC、POS E-coat、POS-sealed、POS G-GREEN等一系列涂层中不含Pb、Cr等重金属且焊接、耐腐蚀性能优越的特色产品。 

  为汽车厂商提供全套解决方案。为了更好地服务汽车制造企业,浦项创立了一套较为先进的EVI-PC理念(Early Vendor Involvement -POSCO Concept,供应商前期介入浦项概念)。在EVI-PC项目中,所有支持活动超越了熔模铸造阶段的所有内容,也对零部件的制造负责。除了涵盖传统的EVI活动之外,为了实现这一理念,浦项不仅以数据分析、工艺指导、性能评估等形式支持客户,还一直致力于先进高强钢研究和零部件成型技术的最优解决方案。(来源:中国冶金报—中国钢铁新闻网 作者:罗晔)

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