高强钢辊弯成形控形控性技术及应用

该项目属于塑性加工领域。辊压成形高强冷弯型钢和直缝焊管是保证汽车安全性和实现汽车轻量化的重要手段，是中国钢铁行业重点发展的高附加值产品，年需求量以20%持续增长。

但是，由于高强钢成形性能下降、回弹显著，导致高强钢辊压产品的成形质量问题非常突出。中国企业高强钢辊压成形工艺技术和装备水平落后，高强度低合金钢材质的冷弯型钢品种和数量均极少，超高强冷弯型钢产品更是空白，基本只能依靠进口来弥补，丧失了高强冷弯型钢产品的定价和定位权，严重制约了高强冷弯型钢在汽车中的应用。

如何精确评价、预测和控制高强钢辊压产品的形状精度和成形性能是亟待解决的难点。该项目从高强钢复杂加载路径下的变形和失效机理出发，建立引入弯曲效应的高强钢板材成形极限预测模型，扩展了基于面内变形模式的板材成形极限理论，提高高强钢辊弯成形性能评价精度；基于隐式算法建立高强钢辊压成形全流程仿真模型，揭示高强冷弯型钢残余应力的影响规律，提出高强冷弯型钢控形控性工艺设计方法；开发成形加工新装备，实现高强冷弯型钢以及直缝焊管构件的高效精密成形。

1. 弯曲效应下高强钢成形极限理论模型与失效机理： 高强钢成形性能差，尤其是小半径弯曲成形易开裂，而经典成形极限模型无法准确描述面外弯曲变形对极限成形能力的影响。该项目引入面外弯曲变形建立拉伸-弯曲变形条件下的成形极限预测M-K模型，提出了基于顶层应变的弯曲效应成形极限（BFLD），精确计算高强钢小半径弯曲极限应变，揭示了弯曲效应导致高强钢提前失效的机理。

2. 高强冷弯型钢辊压成形全流程仿真与工艺设计方法： 针对高强冷弯型钢辊压工艺流程长、道次多、反复加载卸载的变形特点，基于隐式算法建立闭口冷弯型钢多道次成形-合口-焊接的全流程仿真分析模型，揭示了高强冷弯型钢残余应力分布及其影响规律，使高强冷弯型钢残余应力分布和回弹预测精度达到85%以上。针对高强冷弯型钢回弹大、尺寸精度差的问题，提出"定半径+多道次整形"的"方成方"辊压成形工艺，建立高强冷弯型钢弯曲角度、直线度和平面度等形状精度指标以及残余应力性能指标的工艺控制方法。

3. 高强冷弯型钢与直缝焊管构件成形装备开发： 开发通用辊弯整形模具和六连冲预冲孔装备，实现高强冷弯型钢全规格产品的覆盖和互换，保证漏液孔成形精度和孔型形状。考虑高强直缝焊管中焊缝的非均质效应和封闭加载模式，开发全应变空间管材成形极限测试新装置，获发明专利授权。

基于以上高强钢辊压成形控形控性核心技术，上海宝钢型钢有限公司生产的客车用高强度方矩形管和塔机专用冷弯方管产品质量达到国际先进水平，并且成功开发出马氏体高强钢方矩形管（HC700/980MS）和贝氏体高强钢方矩形管（QStE700TM）等高品质产品，提升了中国高强冷弯型钢制造和使用技术水平，推动了高强钢辊压产品在宇通客车、黄海集团、中通集团、海斯坦普汽车组件等多家企业的成功应用，近三年新增产值2.0157亿元、利润6047.2万元。发表论文40篇（SCI/EI收录38篇），他引101次。申请发明专利13项，授权8项。

该项目属于塑性加工领域。辊压成形高强冷弯型钢和直缝焊管是保证汽车安全性和实现汽车轻量化的重要手段，是中国钢铁行业重点发展的高附加值产品，年需求量以20%持续增长。但是，由于高强钢成形性能下降、回弹显著，导致高强钢辊压产品的成形质量问题非常突出。中国企业高强钢辊压成形工艺技术和装备水平落后，高强度低合金钢材质的冷弯型钢品种和数量均极少，超高强冷弯型钢产品更是空白，基本只能依靠进口来弥补，丧失了高强冷弯型钢产品的定价和定位权，严重制约了高强冷弯型钢在汽车中的应用。如何精确评价、预测和控制高强钢辊压产品的形状精度和成形性能是亟待解决的难点。该项目从高强钢复杂加载路径下的变形和失效机理出发，建立引入弯曲效应的高强钢板材成形极限预测模型，扩展了基于面内变形模式的板材成形极限理论，提高高强钢辊弯成形性能评价精度；基于隐式算法建立高强钢辊压成形全流程仿真模型，揭示高强冷弯型钢残余应力的影响规律，提出高强冷弯型钢控形控性工艺设计方法；开发成形加工新装备，实现高强冷弯型钢以及直缝焊管构件的高效精密成形。1.弯曲效应下高强钢成形极限理论模型与失效机理：高强钢成形性能差，尤其是小半径弯曲成形易开裂，而经典成形极限模型无法准确描述面外弯曲变形对极限成形能力的影响。该项目引入面外弯曲变形建立拉伸-弯曲变形条件下的成形极限预测M-K模型，提出了基于顶层应变的弯曲效应成形极限（BFLD），精确计算高强钢小半径弯曲极限应变，揭示了弯曲效应导致高强钢提前失效的机理。2.高强冷弯型钢辊压成形全流程仿真与工艺设计方法：针对高强冷弯型钢辊压工艺流程长、道次多、反复加载卸载的变形特点，基于隐式算法建立闭口冷弯型钢多道次成形-合口-焊接的全流程仿真分析模型，揭示了高强冷弯型钢残余应力分布及其影响规律，使高强冷弯型钢残余应力分布和回弹预测精度达到85%以上。针对高强冷弯型钢回弹大、尺寸精度差的问题，提出"定半径+多道次整形"的"方成方"辊压成形工艺，建立高强冷弯型钢弯曲角度、直线度和平面度等形状精度指标以及残余应力性能指标的工艺控制方法。3.高强冷弯型钢与直缝焊管构件成形装备开发：开发通用辊弯整形模具和六连冲预冲孔装备，实现高强冷弯型钢全规格产品的覆盖和互换，保证漏液孔成形精度和孔型形状。考虑高强直缝焊管中焊缝的非均质效应和封闭加载模式，开发全应变空间管材成形极限测试新装置，获发明专利授权。基于以上高强钢辊压成形控形控性核心技术，上海宝钢型钢有限公司生产的客车用高强度方矩形管和塔机专用冷弯方管产品质量达到国际先进水平，并且成功开发出马氏体高强钢方矩形管（HC700/980MS）和贝氏体高强钢方矩形管（QStE700TM）等高品质产品，提升了中国高强冷弯型钢制造和使用技术水平，推动了高强钢辊压产品在宇通客车、黄海集团、中通集团、海斯坦普汽车组件等多家企业的成功应用，近三年新增产值2.0157亿元、利润6047.2万元。发表论文40篇(SCI/EI收录38篇)，他引101次。申请发明专利13项，授权8项。