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唐新民:国内汽车用非调质钢的应用现状及发展趋势

   2015-10-19 中国汽车材料网1540
核心提示:非调质钢由于其在热轧、锻造或正火状态下的力学性能即可满足一般工程构件的需要,因而既缩短了生产周期,又节省了能源,是一种相对环保汽车结

非调质钢由于其在热轧、锻造或正火状态下的力学性能即可满足一般工程构件的需要,因而既缩短了生产周期,又节省了能源,是一种相对环保汽车结构材料。国内也进行了多年的开发,并取得了一定的成绩。近期中国汽车材料网就我国汽车非调质钢开发与应用现状、存在的问题及未来发展趋势等问题对中国汽车工程学会材料分会理事,中国机械工程学会材料分会理事,江铃汽车教授级高工唐新民先生进行了专访,以下是采访实录。

唐老师您好,非常高兴有机会能采访到您,您从事非调质钢在汽车上的应用研究这些年,非调质钢相对于传统调质钢有哪些特点?他的优势在哪里?

唐新民:我国非调质钢研制是在上世纪八十年代初,由一汽、大连钢厂、南汽和北京钢铁研究总院等单位的专家学者,以及相关工程技术人员开始联合研制,至今已有三十多年了。非调质钢在我国的开发应用得到了很大发展,成绩也是显而易见的。我是从上世纪九十年代初开始从事非调质钢开发研究工作的,已经有二十多年了。对非调质钢与传统调质钢比较我认为主要的特点和优势有:①非调质钢通过微合金化,添加了微量的合金元素,使非调质钢在锻后或轧制后无须进行调质处理就能达到调质钢的综合力学性能;②非调质钢零部件没有调质处理工序,大大节省了调质处理的能源消耗,按现在的说法就是完全符合低碳节能绿色产品的要求;③非调质钢锻件由于省略了调质工序,从而大大缩短了生产周期,便于锻造厂组织生产;④非调质钢零部件因为减少了调质处理和缩短了生产周期,也会大幅降低了生产成本。

AM:非调质钢在乘用车和商用车上的典型应用有哪些?

唐新民:非调质钢在汽车上的应用可以涵盖各种汽车锻件。经汽车材料工程师统计在汽车上共有各类锻件达三十多种,主要有汽车发动机曲轴、连杆、前轴、转向节、弯譬、直譬、半轴、连接杆、轮毂、万向节壳体、各类拨叉和齿轮,还有部份高强螺栓等等。依乘用车和商用车的用途和作用不同,非调质钢在这二类车上的应用是有所不同的。

1)非调质钢在乘用车上的应用乘用车主要的用途是载人,要把人运送到各地去,而绝大多数的乘用车又是轿车(包括近年来发展迅猛的SUV车)。轿车的载重量多般是五至七人,整车重量(含载人重量)最多不会超过3000公斤,车身较轻载人也不多,所以乘用车锻件使用的非调质钢多数采用中碳珠光体+铁素体型非调质钢来制造,其锻件抗拉强度级别多在650-850Mpa之间。

2)非调质钢在商用车上的应用对于商用车来讲,主要是运输货物和设备等,其载重量可以是几百公斤,也可以是几十吨或上百吨,所以在商用车上使用的非调质钢锻件其钢材牌号多而杂,其力学性能要求范围也就宽到650-1050Mpa。在微型货车和轻型卡车上,因其整车载重量与乘用车中轿车的载重质量相差不多,所以多般也是采用中碳珠光体+铁素体型非调质钢来制造这类车的锻件;对于中型卡车和重型卡车而言,因其载重量大大超过了乘用车(轿车)的载重量,所以这类商用车上的非调质钢锻件就依其服役条件不同而采用不同的非调质钢类型来制造,有的商用车因载重量较低也采用中碳珠光体+铁素体型非调质钢来制造,有的商用车因服役条件恶劣载荷大,就需要用贝氏体型或马氏型体非调质钢来制造,其制造非调质钢锻件的强度级别也高达1000Mpa以上,大型客车上应用的非调质钢锻件强度和级别与重卡基本一致。

AM: 非调质钢有一系列的优点,国内车企目前也在积极的开发,并取得了一定的成绩。您认为我国汽车行业非调质钢的开发与应用上与国外还存在哪些差距?

唐新民:我国汽车行业非调质钢开发应用起步不算晚(二十世纪八十年代初),经过三十多年的努力,我们研发出三大类二十多个非调质钢钢种,自1996年发布第一版GB/T15712-1996《非调质机械结构钢》国家标准以来,已经进行了GB/T15712-2008和GB/T15712-2014二次修订,汽车行业的非调质钢标准近期也正式发布了。总体来说,我国汽车非调质钢的开发应用发展还是较快的,在自主品牌和引进车型上非调质钢的用量逐年增长了不少。据中国非调质钢专业委员会相关人员的统计,2014年年度我国在汽车行业非调质钢的用量可达四十万吨左右。汽车非调质钢锻件几乎在我国所有汽车上都有应用,但应用最多的就是汽车发动机曲轴和连杆。我国汽车行业在开发应用非调质钢锻件方面不比国外差,国外有的非调质钢锻件我国汽车行业均有应用;非调质钢标准的制定也比较先进,为推广应用非调质钢锻件起到了很好的作用。

自上世纪七十年代非调质钢诞生以来,第一个钢种49MnVS3非调质钢就是为汽车发动机曲轴设计的,通过四十多年汽车工程师的共同努力非调质钢锻件发展最快,非调质钢钢种在世界上有上百个,非调质钢国标、行标和企标也有几十个。发达国家和国外汽车先进制造企业最先采用非调质钢制造汽车锻件,开发应用时间也长,其对非调质钢化学成份控制、钢材的纯净度、力学性能控制范围和钢材的一致性、产品质量的稳定性要求都比较高,这些就是我国非调质钢开发应用中还需努力的方向。

AM: 有资料显示,日系车的锻造零部件中大量应用了非调质钢,能否简要介绍一下日本汽车业非调质的应用情况?

唐新民:我国与日本在非调质钢的开发应用方面确实有一定的差距,但这是最近十来年发生的事情。记得我公司在上世纪九十年代中期引进日本五十铃汽车生产技术时,五十铃汽车锻件中没有一个件是非调质钢制造的,连发动机曲轴和连杆也是调质钢S53钢(相当于我国50Mn钢)设计制造的。1996年年初,我公司想开发非调质钢曲轴和连杆,曾经咨询过日本五十铃公司的相关专家能否采用非调质钢来制造发动机曲轴和连杆,得到的答复是要谨慎采用非调质钢锻件,可见当时在日本采用非调质钢锻件还是比较少的。

但到2007年5月我公司在开发新车型时采购了一辆日本相类似的汽车做样车分析,这时的日本汽车锻件就几乎都采用了非调质钢来制造,可见其非调质钢锻件在日本的发展速度是非常快的。

我国与日本在汽车非调质钢锻件开发应用上有一定的差距,我国汽车非调质钢锻件在前面也已经说过起得了很大的进步,但进步没有日本快。我国生产的所有汽车都采用过非调质钢锻件,但使用量不及日本车型用量多。我国非调质钢锻件的发展主要是受国内非调质钢牌号品种多、产量少、钢材介格偏高以及钢材质量稳定性和一致性等因素的影响较大,导致汽车生产厂商采用非调质钢锻件风险较大、锻件生产成本控制压力大。

AM  目前国内在改善汽车用非调质钢产品的性能方面,材料研究领域取得了哪些成绩,未来还有哪些新的措施?

唐新民:我国汽车非调质钢锻件的开发应用方兴未艾,通过五个五年计划(八五至十二五国家计划)的科研努力,已经形成了产学研一体化研发体系。北京钢铁研究总院牵头,组织国内相关汽车企业、钢厂、汽车零部件供应商和锻造厂一起开展了多项非调质钢锻件的开发应用研究,以非调质钢钢材化学成份优化、冶炼工艺改进、先进的控轧控冷技术开发为基础,直到对汽车非调质钢锻件的锻造工艺研究、控冷工艺及设备改造、锻件的试验方法及产品的认证都进行了多方面整个产业链上的研制。这些科研项目在非调质钢锻件开发应用技术上已经获得了许多国家发明专利和科研成果,特别是非调质钢锻件定制技术的开发,对截面积差很大的锻件通过局部强化控冷技术做到“指哪打哪”,使锻件各部位强度达到锻件服役条件下的强度要求,基本上可以满足锻件各类不同服役条件下的各项技术要求,但目前这项科研成果查新后在国内外应用还未发现报道,因此行业也需要非调质钢的相关科技成果转化方面下功夫。

我国汽车行业已经很关注汽车非调质钢锻件的开发应用,各大汽车企业都在大力提倡使用非调质钢锻件,在使用非调质钢锻件的同时也不乏出现了许多技术亮点,为汽车行业非调质钢锻件的开发应用作出了很大的贡献,大大缩短了与发达国家和先进汽车企业开发应用非调质钢锻件的差距。

AM: 国内很多非调质钢的原材料企业在市场推广方面非常的“辛苦”,如何进一步扩大国内汽车非调质钢的应用,您有什么好的建议?

唐新民:当前我国汽车非调质钢开发应用速度是比发达国家要慢一些,主要原因有以下几点供同行们参考:

1)我国是引进世界上汽车生产技术最多的国家,还有许多自主品牌汽车生产商,每个汽车生产商都有各自的材料标准,所以在我国汽车行业使用的非调质钢牌号多、品种杂,造成非调质钢钢种多、规格多、产量少的特点,致使钢厂生产成本高、钢价高,从而在一定程度上阻碍了非调质钢的开发应用速度;

2)我国多数特钢厂把非调质钢列入特殊钢生产程序去开发和推广应用,一方面大大提高了非调质钢的产品质量,但非调质钢产品质量稳定性还有待研究提高;另一方面钢厂是按特殊钢生产其钢的售价也偏高,多数钢厂对非调质钢锻造工艺研究较少和后续技术服务注重不够。因此钢铁企业也应该从自身找问题,并制定可行的解决措施,才能真正的吸引客户。

3)我国汽车行业已进入了白热化的竞争阶段,零部件生产成本往往是决定新车型开发的成败,所以非调质钢锻件生产成本高低决定是否采用非调质钢锻件,从而影响其发展速度。

4)建议汽车厂商尽量按国标牌号向钢厂订货,减少非调质钢的牌号,给钢厂提供批量生产的机会,从而降低生产成本和钢的价格;建议钢厂按碳当量或锰当量控制非调质钢的化学成份,从而提高非调质钢产品质量的一致性和稳定性,让汽车厂商能放心的使用非调质钢。

编后:非调质钢的应用和其他新技术一样,在大批量规模化应用前会面临很多问题和困难。针对汽车非调质钢牌号多、品种杂规格多、产量少而导致成本高的问题,需要的是汽车用钢的行业协会、钢厂、零部件企业和汽车厂等全产业链都共同行动起来,通过非调质钢的标准规范的完善、材料性能提升、生产工艺稳定等方面的技术攻关,全面提升汽车非调质钢的应用水平。

 
 
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