本钢低成本、高性能、环保型系列车轮用钢带(板)的研制

中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书

一、项目基本情况

编号：

项目名称 完成单位 项目起止时间 项目基本情况： 一 项目背景： 大背景 本钢低成本、高性能、环保型系列车轮用钢带（板）的研制 本溪钢铁集团（有限）责任公司 东北大学 龙口兴民车轮有限公司 正兴车轮制造有限公司 济宁世纪车轮制造有限公司 2004年1月 ～2007年6 月 用于生产时间 2004年1月 随着汽车轻量化和性能要求的提高，汽车用钢板向高强度方向发展，据相关资料报道：车重每减轻1%，燃料消耗降低0.6~1.0%。随着车轮轮辐重量的减轻，对于减少汽车的耗油量和提高刹车性能是非常明显的。原用的钢种已远远不能满足用户的使用需求，迫切地需要进行材料的升级换代。以达到汽车在增加载荷的同时实现自身减重、降低油耗、提高安全性的目的。 小背景 20世纪90年代初，国内的车轮用钢以国外进口为主，每年需要大量的外汇，从那时开始，本钢一直致力于研制车轮用钢，到目前为止，本钢拥有自主开发、自行研制的BG330CL、BG380CL、BG420CL等多种牌号的车轮用钢，可以用来制作多种型号的商用车、乘用车车轮的轮辐和轮辋，替代进口钢材，为国家节省了大量外汇，并逐步在国内、国际市场上推广使用。 2004年末，美国QUANDE公司通过全球网上招标的形式订购型号：8.25×22.5 50万套，要求如下：第一，车轮重量：由原来47.5kg减为37.5kg以内；第二，通过美国交通部DOT认证（弯曲疲劳寿命：≥10万次）。 国内知名车轮生产厂——龙口车轮有限公司与本钢签订技术协议，共同研制无内胎车轮用钢，本钢在短时间内，开发出SW400车轮钢，车轮重量控制在37.5kg以内，车轮样品在美国权威机构SMITH车轮检测中心检测，弯曲疲劳寿命全部达到50万次以上，未发生破坏，径向弯曲疲劳寿命全部达到100万次以上，通过美国交通部DOT认证，龙口车轮有限公司一举签订了每年出口50万套，型号为8.25×22.5的购销合同，随着本钢SW400车轮专用钢的实验成功，产品迅速地推广到济宁世纪车轮厂、厦门日尚车轮有限公司、正兴车轮集团有限公司等生产企业，车轮产品全部出口，车轮型号逐步推广到5 1/2JJ×14 5J×15 6JJ×15 6K×16 6.75×22.5 7.50×22.5 8.25×22.5 9.00×22.5 8.25×24.5等，台架弯曲疲劳寿命均通过美国交通部DOT认证，并逐步销往印度、希腊、南非、东南亚等国家和地区。 二 项目目标 一方面通过本钢开发低成本、高性能、环保型系列车轮用钢，替代进口，满足国内的车轮生产厂家和汽车厂家的要求，实现车轮轻量化和低成本化；另一方面本钢为满足国外客商和汽车厂家的要求，开发了细晶车轮钢SW400，制造5 1/2JJ×14 5J×15 6JJ×15 6K×16 6.75×22.5 7.50×22.5 1

8.25×22.5 9.00×22.5 8.25×24.5等多种型号的无内胎车轮，台架弯曲疲劳寿命均通过美国交通部DOT认证，产品实现批量出口。 由于本钢开发低成本、高性能、环保型系列车轮用钢生产工艺稳定，产品尺寸精确、板形良好，可以满足不同档次的国内、国外用户需求，目前，该系列产品的实物质量已达到国内外同类产品的领先水平。 三 主要技术管理路线 前期调研→市场定位→品种开发→销售及售后服务→编制技术条件→确定工艺路线→编制质量计划→小批量生产实验→用户实验→实验室实验（热模拟实验、有限元分析计算等）→确定工艺参数→逐步优化→确定最佳的工艺参数→组织鉴定→推广使用 四 实施过程中的主要创新 1） 采用在BG420CL钢中加入微合金元素铌，结合稀土处理工艺，提高了钢板的综合性能，尤其是提高了钢板的耐疲劳性能；通过一系列实验确定了合理的铌加入量、稀土加入量，其各项性能满足用户的需求。 2） 对于BG330CL、BG380CL采用了特殊的夹杂物处理手段，实施效果良好。 3） 对于SW400钢，采用加入微合金元素铌，结合钙处理工艺，提高了钢板的综合性能，尤其是提高了钢板的耐疲劳性能。 4） 对于SW400钢，根据车轮的制造特点，采用柔性轧制技术，获得了良好的效果。 五 主要实施效果和贡献 本钢开发低成本、高性能、环保型系列车轮用钢，一方面替代进口钢板，制作多种型号的商用车、乘用车车轮，弯曲疲劳性能和径向疲劳达到了国家优质产品的标准，为国家节省了大量的外汇；另一方面根据美国客商和汽车厂的要求，开发SW400制造型号为22.5×8.25无内胎车轮，样品经SMITH车轮检测中心检测，通过美国交通部DOT认证，并逐步销往印度、希腊、南非、东南亚等国家和地区，增强了本钢参与国内、国际市场竞争的实力。 六 与国内外先进指标对比 1）化学成分对比分析 将本钢BG420CL热轧钢带（板）的化学成分与德国、宝钢同类产品进行了对比，列于表1。 表1 化学成分对比 /% 厂家 本钢BG420CL N=1168 统计项 标准 最小 最大 均值 标准 德国TL-VW1107 最小 N=112 宝钢B420CL N=113 最大 均值 标准 最小 最大 均值 0.08 0.15 0.13 ≤0.12 0.07 0.12 0.10 0.05 0.30 0.21 ≤0.30 0.08 0.25 0.18 0.80 1.15 1.02 0.80-1.20 0.90 1.15 1.00 0.010 0.030 0.015 ≤0.030 0.007 0.020 0.011 0.005 0.020 0.012 ≤0.025 0.003 0.010 0.007 ≥0.020 0.02 0.06 0.03 C ≤0.12 0.07 0.12 0.09 ≤0.16 Si ≤0.30 0.07 0.20 0.13 ≤0.50 Mn 0.80-1.20 0.85 1.20 1.01 ≤1.20 P ≤0.030 0.006 0.015 0.011 ≤0.035 S ≤0.025 0.004 0.015 0.009 ≤0.035 Als或 Alt ≥0.015 0.015 0.06 0.035 Nb ≤0.03 0.005 0.02 0.01 经过对比分析表明：本钢BG420CL车轮钢的整体化学成分控制水平已达到国内外领先水平。 2

2）力学性能对比分析 将本钢BG420CL的力学性能与德国、宝钢的同类产品进行对比，列于表2。 分析表2中数据可见，本钢BG420CL的屈服强度平均值高于德国水平，与宝钢相近；抗拉强度平均值高于德国水平，比宝钢略低；由于宝钢B420CL均为薄规格的产品，延伸率的数值较高，本钢、德国同类产品的韧性指标相近；本钢BG420CL的冲击功平均值(厚度≥10mm)与德国水平相近。 经过对比分析表明，本钢BG420CL车轮钢的力学性能各项指标与宝钢、德国水平相近。 表2 力学性能对比 统 计 厂 家 项 标准 最小 N=2900 德国TL- VW1107 N=112 宝钢B420CL 最大 均值 标准 最小 最大 均值 标准 最小 最大 N=203 屈服强度 抗拉强度 Rel Rm （ Mpa） （ MPa） ≥290 300 400 355 ≥260 260 400 320 ≥290 330 400 420~520 420 520 465 ≥420 420 580 445 420~520 443 510 延 伸 率A （%） 厚度2.5~5.5 ≥28 ≥5.5~10.0 ≥26 ≥10.0~14.0 ≥26 26 36 30 厚度≤16mm ≥26 26 34 29 厚度3.0~5.0 ≥28 32 40 180o 冷弯 B=35mm 室温冲 击 功横向 Akv，J ≥41 50 270 140 ≥38 40 240 135 本钢BG420CL d=0.5a d=1.0a d=1.0a 合格 d=1.0a 合格 d=0.5a 合格 合格 均值 360 475 35 3） 成形性能对比分析 3.1 延伸凸缘性能(扩孔率λ的测定) 本钢、德国、宝钢同类产品的λ值及平均值对比列于表3。 表3 λ值对比 分析表3中数据可见，本钢BG420CL的λ值范围和平均值与宝钢、德国水平相近，本钢BG420CL的延伸凸缘性能良好。 厂家及牌号 本钢BG420CL 德国TL-VW1107 宝钢B420CL 厚度 mm 13.5 12 5.0 λ值 % 148~205 140~192 145~192 λ值 平均% 175 170 178 3.2 n、r和Δr值的对比分析 本钢BG420CL车轮钢与德国、宝钢同类对比见表4。 3

表4 n、r and Δr 对比 厂家及牌号 本钢BG420CL 德国 TL-VW1107 宝钢 B420CL 厚度 mm 13.5 12 5.0 n值 % 0.195~0.225 0.180~0.220 0.195~0.238 n值 平均% 0.202 0.201 0.205 r值 % 0.98~1.15 0.95~1.12 0.95~1.19 r值平均% 1.05 1.06 1.10. Δr -0.29 -0.30 -0.30 宽冷 弯 B=35mm 合格 合格 合格 宽冷 弯B=80mm 合格 合格 合格 分析表4中数据可见，本钢BG420CL的n值平均值与德国、宝钢水平相近；r值平均值与德国相近，比宝钢略低；Δr值与德国、宝钢的水平相近；本钢BG420CL的成形性能良好。 4 钢板的疲劳性能对比分析 从图 1中可以看出，BG420CL的疲劳极限σ-1=210MPa，TL-VW1107钢板的疲劳极限为σ-1=155MPa，说明BG420CL钢板的耐疲劳性能良好。 由于BG420CL钢板有较高的疲劳寿命，用它制作的汽车车轮，必然会提高汽车部件的强度和寿命，同时可以减轻汽车整体重量，以达到节省原材料和燃油的目的。 图1 BG420CL钢和TL-VW1107钢的疲劳性能曲线 5 ） 车轮台架弯曲疲劳寿命对比分析 本钢、德国、宝钢同类产品的车轮台架弯曲疲劳寿命对比见表5。 分析表5中数据可见，本钢BG420CL的车轮台架弯曲疲劳寿命与宝钢、德国水平相当，说明本钢BG420CL制作的车轮具有优良的耐疲劳性能。 表5 车轮台架弯曲疲劳寿命对比 厂 家 及 牌 号 车轮台架弯曲疲劳寿命 （万次 ） 1 60.470 58.535 68.477 2 65.695 60.211 61.554 3 74.113 67.289 75.442 最低值 60.47 58.535 61.554 本钢 BG420CL 德国TL-VW1107 宝钢 B420CL 七 社会作用和经济效益 在试制期间，本钢共生产系列车轮用钢板65.859万吨，为本钢创经济效益8,8526.265万元。预计该系列产品转产鉴定后，如每年按生产30万吨计算，则每年可为本钢创经济效益39000万元，经济效益和社会效益显著。 (不超过3000个汉字) 4

二、创造性贡献要点

一、生产工艺技术装备创造性贡献要点 1、本钢现有公称容量为150吨转炉3座，180吨转炉3座，设计年产量为1200万吨。 2、拥有铁水预处理装置5座。 3、本钢拥有钢包精炼处理装置4座，可以对钢水进行深脱硫处理。 4、本钢拥有一机两流直弧型连铸机两台，一机一流薄板坯连铸机两台。 5、2001年对1700mm轧机进行了现代化设备改造。 二、管理创造性贡献要点 1、 2006年，本钢采用ERP企业资源计划信息化管理。通过与中国台湾中钢公司合作，开发本钢综合管理信息系统。本钢借助与国际接轨的现代管理理念、管理模式和管理规范，达到更新管理理念、优化管理模式，得到跨越式的发展。该系统以炼铁、炼钢、连铸、热轧和冷轧等主流程生产线为突破口，建成以生产、销售、质量技术和成本管理为核心的企业基本运营管理信息系统，包括从订单到成品发货全过程的生产销售管理系统， 2、 本钢首先在一冷轧厂和二冷轧厂试点应用扁平化的一贯制管理、先进的生产制造执行系统技术，采用冶金工艺流程编码技术诀窍，打通了从生产到销售的主线，即从订货合同到生产计划到作业计划到出厂计划的关键路径，集成质量管理和财务管理，建成了综合产销系统即产销一体化系统，按合同优化排产，内部生产周期缩短10%以上，生产节奏加快，降低库存3.5%；产品质量异议处理周期下降了20%以上，把企业管理信息化的效益从隐性提升为显性。 3、 本钢在企业流程再造的基础上，把关键业务流程归纳为产销核心业务流程、科技管理业务流程、财务管理业务流程、采购管理业务流程、基础保障业务流程、人力资源管理业务流程和战略管理业务流程。其中基础保障业务流程则是对企业的设备、能源、环保等管理的业务流程，为企业整个生产经营活动提供安全稳定运行的基础保障。 三、节约社会资源与保护环境的创造性要点 1、使用本钢系列车轮用钢代替日本SAPH310～SAPH440、德国TL-VW1107、日本SPFH490~590等，如使用本钢BG420CL代替日本SAPH400，钢板厚度平均减薄1mm，节约材料7.68%；使用本钢SW400代替380cl，钢板厚度平均减薄2.5mm，节约材料18.52%。 实现了节约社会资源、减少浪费的目的。 2、随着汽车轻量化和性能要求的日益提高，汽车用钢板向高强度方向发展，据相关资料报道：车重每减轻1%，燃料消耗降低0.6~1.0%，随着车轮轮辐重量的减轻，对于减少汽车的耗油量和提高刹车性能是非常明显的。本钢研制的系列车轮用钢板在满足制作各种车轮 的同时，实现了车轮减重、降低油耗、保护环境，减少污染，达到了提高安全性的目的。 3、近几年来，随着设备改造的完成和技术研究的深入，本钢系列车轮用钢的国内和国际市场占有率日益增加。目前，本钢系列车轮用钢的国内市场占有率已达到40%，并已批量出口到美国、印度、希腊、南非、东南亚等国家和地区，在国外市场占有率达到35%左右。 . 5

四、主要专有技术和专利介绍 1、已申报国家发明专利两项。 发明名称：一种新型车轮用钢 发明名称：一种生产无内胎汽车车轮的方法 2、专有技术 . 本钢在研制过程中，形成专用技术5项。 . (分条目表达，要点简洁清晰，不够可加页) 6

三、数 据 对 比

1、 产品指标对比(性能、成分、精度、表面质量、包装、批量稳定性……) 指标科目 本企业产品数据 本钢SW400车轮钢 Rel≥400MPa Rm≥490MPa 厚度2.5-＜10.0mm A≥23% 厚度≥10.0-14.0mm A≥20% 180°冷弯试验 d=1a 完好 厚度≥10.0-14.0mm常温冲击功 （AkV横向）≥41J C≤0.21% Si≤0.30% Mn≤1.30% P≤0.020% S≤0.015% Nb≤0.03% Als≥0.015% 按Q/BB108中的高级精度（PT.B）执行。 先进产品数据 新日铁SPFH490 Rel≥325MPa Rm≥490MPa 厚度≤14.0mm A≥20% 180°冷弯试验 d=1a 完好 性 能 成 分 C≤0.21% Si≤0.50% Mn≤1.50% P≤0.035% S≤0.035% 满足JIS G3193标准要求 精 度 表面质量 满足BXL179-2005要求，钢满足JIS G0303标准要求 带（板）不得有分层，钢带（板）的表面不得有裂纹、结疤、折叠、气泡和夹杂； 符合GB/T247的规定 从开卷检验的数据看，同卷性能波动在40MPa之间，延伸率波动在3%之间；异卷性能波动在100MPa之间，延伸率波动在10%之间。 符合JIS G0303要求 从检验实际数据看，同卷性能波动在40MPa之间，延伸率波动在3%之间；异卷性能波动在90MPa之间，延伸率波动在9%之间。 包 装 批量稳定性 说明：1）本钢研发的系列车轮用钢板，包括BG330CL、BG380CL、BG420CL和SW400等牌号，在产品指标对比中，仅以SW400为例加以说明。 2）由于未检索到与SW400指标相同的钢种，只能与性能相近的新日铁SPFH490进行对比。 2、生产工艺技术指标对比(成材率，生产周期，交货期)， 指标科目 成材率% 生产周期（天） 交货期 （天） 本企业指标 本 钢 97.75 7 10 国内企业生产指标 宝 钢 97.80 6 7 7 8 国外企业生产指标 新日铁 98.0 说明：1）成材率指2007年1月～6月平均值统计。 2）本钢采用ERP企业资源计划信息化管理，使生产周期和交货期大大缩短。 7

3、环境资源指标对比(能耗、排污)、 本产品数据 先进企业数据 指标科目 国家强制指标 本 钢 宝 钢 吨钢综合能耗 752.9 749.4 （kg标煤/吨） 吨钢耗新水 3.74 3.70 （m3） 说明：1）宝钢、新日铁环境资源指标数据来源于网上查询。 2）本钢吨钢综合能耗和吨钢耗新水近来有大幅度的降低。 4、市场占有情况指标(占国内消费量的比例) 中国市场占有率 % 去年： 95 前年： 90 大前年：90 本产品占有率 本 钢（%） 40 35 38 进口产品合计 % 5 10 10 先进企业数据 宝 钢 20 20 25 先进企业数据 新日铁 726.9 3.65 先进企业数据 武 钢 10 10 8 4、 本产品国外市场占有率(占全国出口本产品量的比例) 国外市场占有率 本产品占有率 先进企业数据 先进企业数据 % 本 钢 宝 钢 武 钢 去年： 60 35 15 8 前年： 65 30 20 10 大前年：55 30 20 4 (简明写明要点，不够可加页)

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四、效 益 计 算

效益计算(近3年数据计算) 1、企业直接经济收益计算 如：单位成本构成，产量，资金周转周期变化，总产值、销售额、利税变化和计算依据； 1.1 试制期间经济效益计算 从2005年1月~2007年6月，本钢共生产低成本、高性能、环保型系列车轮用钢板65.859万吨，为本钢创造了极大的经济效益，试制期间的经济效益计算具体见表1。 表1：本钢系列车轮用钢板经济效益计算 生产量 年 份 2005年 2006年 2007年1月~6月 合 计 单位售价 单位成本 吨钢利润 总效益 （万元） 3，2402.916 4，0339.845 1，5783.504 8,8526.265 （万吨） （元/吨） （元/吨） （元/吨） 24.492 29.553 11.814 65.859 4390 4450 4420 3067 3085 3084 1323 1365 1336 1.2 转产后经济效益预测 在试制期间，低成本、高性能、环保型系列车轮用钢板为本钢创经济效益8,8526.265万元，预计该产品转产鉴定后，如每年按生产30万吨计算，则每年可为本钢创经济效益39000万元。 本钢集团有限责任公司财务部 2007.7.15 2、替代进口的社会收益计算 如：拉低市场价格的社会收益、节约外汇收益、拉动国内原材料市场收益 表2 年 份 社会收益 节约外汇收益 原材料市场收益 万 元 万美元 万 元 2005年 2，8500 7，5823 21，9500 2006年 3，0000 9，3845 24，4750 2007年1月～6月 1，5000 3，6179 13，2600 注：1）通过本钢开发系列车轮用钢，使国内市场价格平均降低按300元/吨计算，重量按表3本钢的产量计算。 2）国外进口车轮用钢板平均价格2005年按610美元/吨计算，2006年按615美元/吨计算，2007年按605美元/吨计算，。 3）拉动国内原材料市场分别按2005年50万吨、2006年按55万吨、2007年1~6月按30万吨计算，价格按表1中单位售价计算。 9

3、行业发展与国民经济、国家安全等战略方面贡献 本钢开发的低成本、高性能、环保型系列车轮用钢，一方面满足国内用户的需求，实现了以产顶进；另一方面研制高级别车轮用钢，满足美国、印度、希腊、南非、东南亚等国家和地区的车轮厂家、汽车厂家的需求，实现了出口创汇，通过汽车的配套产品（车轮的减重），实现了汽车节能、降耗，加速了钢圈行业、汽车行业的发展，为国民经济的发展、国家安全做出了重要贡献，详见表3。 表3 年 份 产 量（万吨） 以产顶进重量（万吨） 车轮出口数量（万套） 2005年 12.43 76.69 24.492 2006年 2007年1月~6月 29.553 11.814 65.859 15.26 5.98 89.38 59.62 33.67 225.69 合 计 注： 1）表3中的产量为本钢2005年1月~2007年6月系列车轮用钢的总产量。 2）表3中的车轮出口数量为龙口兴民车轮有限公司、厦门日尚车轮有限责任公司、济宁世纪车轮制造有限责任公司等生产厂使用本钢卷板出口车轮产品的统计。 (以列表表示为主，简述计算依据。叙述放在基本情况介绍中) 尚存在问题和进一步发展的目标 需要开发强度更高的汽车车轮用钢，使车轮重量进一步减薄。 (限800个汉字) 10

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