[01816075]变厚度轧制技术及其应用

1.课题来源与背景 本课题来源于国家自然科学基金资助项目：周期变厚度带钢的轧制理论及核心技术,编号50974039;变厚度轧制过程金属流动规律,编号51174249。 变厚度轧制技术是钢铁生产领域中一项具有特色的节能节材新技术。利用该技术生产的LP（Longitude Profile）板、TRB（Tailor Rolled Blank）板等变厚度产品已应用于汽车制造、造船、桥梁等行业。与传统的等厚度轧制技术相比,变厚度轧制技术难度大、理论研究不充分、关键控制技术不完善,使变厚度轧制技术的推广应用进展迟缓。为解决这些难题,东北大学变厚度轧制技术课题组针对变厚度轧制技术和产品开发进行了深入系统的研究,创造性地提出具有多种特征的变厚度过渡区及其轧制方法、横向变厚度、3维变厚度、多重差异化变厚度轧制等新学术思想和工艺路线,已申报了14项发明专利,其中6项专利已于2014年以前授权,4项专利已转让转化为生产力。此外2016年前还有2项新发明专利获得授权,6项新专利已受理进入实审程序。这14项专利组合起来,已经构成了对变厚度轧制成套技术的自主知识产权保护网。 2.技术原理及性能指标 1)变厚度板实现节材减重的基本原理。在建筑、车辆等承担外载荷的零部件中,多数情况下载荷引起的结构各个断面上的应力应变是不同的,设计者需要按照危险断面来确定零部件的结构尺寸。以等厚度板来应对各个断面上不同的应力应变状况,势必造成材料的浪费。针对这一问题开发出的变厚度板,可根据负载情况设计各个部位的厚度尺寸,把非危险断面的材料节省下来,即可实现结构节材减重。 2)变厚度轧制的技术原理。在轧制过程中动态地、连续地、周期性地改变辊缝、张力、速度和压下量等参数,即可获得变厚度板。与传统的等厚度轧制相比,变厚度轧制理论遇到了二个新问题：一是变厚度轧制的力平衡关系,二是变厚度轧制时的质量守恒定律表述方式。本课题组提出并推导了VGR-f方程,用来描述变厚度轧制过程的力平衡关系;进而又提出了VGR-s方程,给出了变厚度轧制质量守恒的新表述方式。这二个方程的提出,为变厚度轧制的轧制力能参数和运动学参数的研究奠定了基础,是现代轧制理论发展的重要一步,为变厚度轧制LP板、TRB板等节能节材型产品开发和工程实践起到指导作用。 性能指标：利用本申请发明的变厚度轧制技术生产出的变厚度产品,其节材效果达15-50%,典型产品用于汽车CCB横梁的减重效果达到40%。 3.技术的创造性与先进性 1)发明了一种用轧制方法成形的纵向变厚度带材和板材的制备方法,其特征是厚区与薄区之间用曲线连接,在连接点处光滑吻接、连续过渡。首创四种类型的过渡区,并给出了过渡区曲线的优化设计方法。其先进性表现在：可以按照负载的分布情况设计过渡区,使之获得最佳的节材减重效果。 2)发明了周期变厚度带材轧制速度和工件厚度的控制新方法。针对基于传统轧制理论进行变厚度轧制速度控制不能满足产品厚度、长度控制精度难题,发明了基于变厚度VGR-s方程和VGR-f方程的轧制速度与工件厚度控制新方法,提高了尺寸控制精度。其先进性体现在：利用VGR-s方程避免了瞬时秒流量差带来的控制模型偏差,利用VGR-f方程提高了轧制力等参数的计算精度,使人们对变厚度轧制质量守恒关系和轧件厚度的流量控制方法有了新的认识。 3)发明了横向变厚度和局部加厚板带材的制备方法,通过优化设计板材的横向断面形状,使横断面上的局部金属分布与负载条件及结构特点能够匹配,进而将横向变厚度与纵向变厚度产品相结合,可开发出3维变厚度产品,从而实现更大幅度的节材减重。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 上述发明中的变厚度轧制速度控制技术、厚度控制技术、过渡区形状及其控制技术等核心技术已经成熟,在本课题组的技术支持下已经建设了两条变厚度轧制差厚板生产线。自2012年我国第一条、世界第二条利用变厚度轧制技术生产差厚板的生产线在沈阳东宝海星公司投产4年以来,为企业创造了可观的效益。 适用范围：造船和建桥用的纵向变厚度板,汽车轻量化用差厚板,提高中厚板成材率的狗骨型变厚度轧制技术（MAS轧制技术）等。 安全性：利用变厚度轧制技术生产差厚板比利用激光焊接方法生产的TWB（Tailor Weld Blank）板具有更好地防碰撞吸能性,使汽车的安全性有了提高。 5.应用情况及存在的问题 变厚度轧制技术已成功应用于变厚度板带材的工业化生产。本申请的发明专利转让给沈阳东宝海星金属材料科技有限公司,借助于本课题组的技术支持建设了二条变厚度轧制生产线,其中450mm生产线生产的变厚度板累积产量已经超过80万件;900mm生产线已经调试成功,试制了变厚度B柱、变厚度防撞梁等新产品。为我国汽车轻量化做出来贡献。 存在的问题：急需把新近开发成功的横向变厚度产品、局部加厚产品以及3维变厚度产品推向市场,取得更好的节材减重效果。 6.历年获奖情况：2013年获得上汽集团卓越贡献奖;2014年获得沈阳市科技进步一等奖,2015年获得辽宁省科技进步二等奖。