引言

冷彎型鋼是一種經濟斷面型材。由于其本身具有斷面均勻、產品質量高、能源消耗低和經濟效益高等優點，已被廣泛應用于汽車、航空、建筑等行業，逐漸成為板材深加工的主要生產方式。冷彎成形泛指將金屬板材或帶材通過連續輥式彎曲方法獲得各種開口、閉口、寬幅斷面金屬型材的技術。采用冷彎成形技術生產的冷彎型鋼可通過改變型材斷面形狀的方法，用相對較少的鋼材承受更大的外載荷，是一種重要的經濟斷面高效鋼材。冷彎型鋼開拓了主要借助優化截面形狀，而不單純依賴增加材料用量及改善材料性能來提高材料利用率的新途徑，這對于節約能源和資源具有十分重要的意義，特別是對于我國這樣一個發展中國家而言，重視冷彎型鋼這種經濟斷面高效鋼材的開發、推廣及應用，顯得尤為重要。近年來，冷彎型鋼行業發展迅速，已從鋼鐵深加工的一個門類，發展成為鋼鐵深加工產品升級換代的重要階梯。中國冷彎型鋼產業已經成為一個產值數千億元、從業人員超百萬、產品基本涵蓋國民經濟各領域的重要行業。

冷彎型鋼的種類和優點

輥壓成形（Roll forming，又稱冷彎成形）是通過順序配置的多道次成形軋輥，把卷材或帶材等金屬板帶不斷地進行橫向彎曲，制成特定斷面的型材，其原理如圖1所示。

圖1輥壓成形基本原理

冷彎型鋼品種繁多，根據截面結構的不同可以分為開口和閉口兩種類型，如圖2所示。開口冷彎型鋼加工難度比較低，易于成形，其種類主要包括各種角鋼、槽鋼及Z型鋼等。閉口冷彎型鋼的加工難度比較大，主要包括各種形狀的空心型鋼以及焊接管等。根據尺寸規格又可分為大、中、小型以及寬幅冷彎型鋼。大型冷彎型鋼一般是指板厚4～16mm，帶坯寬度為300～1200mm；中型冷彎型鋼板厚2～5mm，帶坯寬度為100～450mm；小型冷彎型鋼板厚0.5～3mm，帶坯寬度為30～200mm；寬幅冷彎型鋼板厚0.6～12mm，帶坯寬度為700～1600mm。

圖2 開口和閉口冷彎型鋼

與傳統沖壓成形相比，輥壓成形工藝具有如下優點：

1)設備投資少，生產效率高，適合大批量生產，成形速度可達90m/min，制造成本大幅降低；

2)加工產品的長度基本不受限制，可連續生產；

3)制件回彈控制方便，產品表面質量好，尺寸精度高，特別適合于高強鋼成形；

4)材料利用率高，與沖壓工藝相比，能夠節約材料15%～30%。

冷彎型鋼是一種經濟斷面型材，具有斷面形狀合理，型鋼種類豐富，材質多樣化，表面質量好、形位公差低、產品尺寸可靈活調整，與沖孔、焊接等聯合起來，進行深加工，使產品實現零件化、結構化，能量消耗低等許多優點，在國民經濟的各個行業都得到了廣泛的應用，具有廣闊的市場發展空間。

國內外生產現狀

英、日、美、德等發達國家對冷彎型鋼的生產與應用都非常重視，冷彎型鋼的發展要遠早于我國，其生產規模、品種、應用范圍、產品質量、尺寸精度都達到了一個很高的水平。目前，國外冷彎型鋼生產有以下幾個特點：

⑴產品生產規模、品種和應用范圍日益擴大。

⑵大量采用新技術、新工藝。冷彎成形與沖壓、壓花、軋邊等工藝組成的聯合生產線，使產品更加接近零部件的要求。

⑶冷彎成形設備生產高速化。目前，法國麥克公司已擁有了成形速度高達1.5m/s的機組，并正在制造2m/s的高效機組。

⑷以冷彎成形計算機孔型設計技術為中心的研究與開發正在逐步深入和擴大。

截至目前，我國共有一千多條冷彎型鋼生產線，生產能力達到每年1500萬噸，產品3000多種，鋼種已從單一的普碳鋼向不銹鋼、高強鋼、耐火鋼、耐候鋼、復合鋼發展。近十年來，我國冷彎型鋼產量的年增長速度接近30%，冷彎型鋼生產企業集中分布在長三角、珠三角和環渤海地區。冷彎型鋼產品主要應用于公路建設、鋼結構、汽車制造、集裝箱、鐵道車輛、鋼模板與腳手架、橋梁、電器柜、懸掛輸送機、電纜橋架、貨架、電梯導軌、龍骨鋼、蔬菜大棚、農業機械、谷物倉儲、家具及防火設備等方面，涉及國民經濟95個行業的許多領域。我國的輥壓成形技術與世界水平尚存不少差距，美國、日本和德國在輥壓成形技術方面走在世界的前列，其在線沖孔、焊接、切割及提出的柔性生產線都具有代表性。我國冷彎裝備制造技術需要盡快趕上國際的步伐，以滿足冷彎產品生產企業對裝備技術的需求。國外的冷彎產品多達近3萬種，材質多元化，合金鋼種占50%～70%，冷彎型鋼產量占鋼材總產量的比例一般為10%，產品除民用外，還有軍工類產品也有用輥壓件。目前我國冷彎型鋼品種規格較少，約3000種，材質以普碳鋼為主，全部冷彎型鋼產量約占鋼材總量的4%左右，與世界各國相比差距很大，由此可見，我國冷彎型鋼發展仍有很大空間。

冷彎型鋼成形技術

冷彎型鋼因其良好的承載性能、較高的產品質量以及較低的生產成本在國民經濟中的絕大多數行業都得到了大量的應用。近年來，項目組與國內外企業合作，在汽車、軌道交通、集裝箱和公路橋涵等領域，開發了50余種冷彎型鋼產品，建設了25條冷彎型鋼生產線，并與多家設備制造企業建立了長期業務關系。項目組與長春軌道客車合作，建立了常用輥壓板材性能數據庫，該數據庫包含SUS301L-ST、SUS301L-HT、SUS301L-DLT、太鋼00Cr12Ni、05CuPCrNi、09CuPCrNi、08F、Q235、Q345、DL610等材料各項機械性能，該數據庫的建立，為輥壓工藝的開發和有限元數值模擬研究奠定了基礎。下面簡要介紹冷彎型鋼在典型行業中的應用。

冷彎型鋼在汽車行業中的應用

汽車行業是冷彎型鋼產品的最主要用戶之一。近年來我國汽車產業發展迅猛，尤其是乘用車領域更是直線增長，冷彎型鋼的需求量很大。下面就項目組在汽車行業開發的幾種典型冷彎型鋼產品作以介紹。

⑴卡車車架縱梁、車廂邊板及車廂附件。

國外的知名商用車生產廠，如沃爾沃、奔馳、斯堪尼亞等，早在上世紀80年代已廣泛采用輥壓工藝生產重型商用車車架縱梁及加強梁，東風汽車公司在2000年開始引進此工藝生產重型商用車車架縱梁，是國內第一家采用此工藝的廠家，目前我國多家主機廠從國外引進了生產線。

項目組與福田汽車合作，為福田長沙廠、諸城廠共建設了4條冷彎型鋼生產線，生產車架縱梁和車廂邊板。實現了一套模具生產18個品種縱梁（板厚4～8mm，寬度160mm～284mm），一套模具生產8個品種邊板（板厚2～6mm，寬度400mm～1410mm），產品材質涉及Q345、510L、590L、610L、750L等及抗拉強度σb≤900MPa的平板/卷料，為企業節省了大量模具投入，節省了模具更換和調試時間，提高了生產效率，產品如圖3所示。

(a)車廂邊板

(b)車架縱梁

圖3 福田汽車冷彎型鋼產品

項目組與力豐集團合作，開發了60噸載重汽車縱梁和山東華泰掛車車廂全系列冷彎型鋼產品，板材材質為Q235、Q345、510L、590L、610L、750L等，如圖4所示。

(a)60T載重車縱梁

(b)車廂附件

圖4 山東華泰冷彎型鋼產品

⑵轎車高強鋼輥壓工藝。

采用高強度鋼代替普通強度鋼，是汽車輕量化最有效的手段之一。對于汽車安全部件，如保險杠防撞梁、車門防撞梁、前門檻加強板等產品，歐美新型轎車已普遍采用高強度雙相鋼板制作，但國內汽車還基本上用普碳鋼制作。因此，國產轎車在整車質量和安全性能方面還遠遠落后于國際水平。

高強鋼的應用是汽車輕量化發展趨勢。通過相變強化組織結構生產的超高強度（500～1500MPa）鋼，雖然化學成分與普碳鋼類似，但卻具有數倍于普碳鋼的強度、良好的碰撞吸收性能。高強度鋼輥壓成形的核心技術為回彈的預測與控制。眾所周知，高強度鋼在室溫下變形能力很差，回彈嚴重，材料塑性降低，冷沖壓成形技術難以加工高強度鋼。由于輥壓成形的漸進變形特點，輥壓成形技術可以解決高強度鋼成形后易出現裂紋的難題。本文利用MARC有限元模擬分析了超高強度鋼DP1180HY回彈變形規律，如圖5所示。對比分析了Q235與DP1180HY的回彈量值，如圖6所示。

圖5 相對彎曲半徑對回彈的影響

圖6 Q235與DP1180HY的回彈量值

項目組與企業合作，開發了榮威轎車前后防撞梁，該生產線集成了沖孔、冷彎成形、在線焊接、在線彎曲和定尺切斷功能，屬國內冷彎行業自動化程度較高的生產線之一。其中榮威550采用了寶鋼產的B500LA材料，榮威750采用了DP860材料，如圖7所示。

(a)550前防撞梁

(b)750防撞梁

圖7 榮威轎車防撞梁

項目組與企業合作，開發了標志B81轎車門檻加強板和車門防撞梁產品，采用超高強度鋼DP1180HY為原料，產品如圖8所示。

 (a)轎車車門防撞梁

(b)門檻加強板

圖8 標志B81轎車高強度鋼輥壓產品

冷彎型鋼在集裝箱行業的應用

集裝箱行業是冷彎型鋼產品的最主要用戶之一，也是板材消耗量最大的行業之一。目前世界上80～90%的海運集裝箱在我國生產，僅中集集團2013年產量達到了10272.5萬立方米。世界海運巨頭馬士基集團也在我國建立了兩家集裝箱生產基地。國內鐵路集裝箱行業剛剛起步，產量較低，還沒有形成規模化生產，但具有很好的發展前景。

項目組與力豐集團合作，為青島馬士基和智利馬士基共建設了8條專業全自動生產線，生產線集沖孔、焊接、去毛刺、冷彎成形、噴砂、切斷和自動堆料于一體，生產速度為18m/min，24h不間斷生產，產品更換時間為30min。生產線如圖9所示。

項目組與力豐集團合作，為中集集團開發了熱箱側板專業生產線，該生產線運行速度為36m/min，產品如圖10所示。

 圖9 馬士基冷彎成形生產線

圖10 中集熱箱側板

冷彎型鋼在波紋鋼板管涵行業的應用

在國外發達國家和地區，金屬波紋鋼板管涵廣泛應用在鐵路、公路、港口、機場、礦山、城市給排水、水利、農田、倉儲等建設領域。百年的生產和使用經驗表明，金屬波紋鋼板管涵是一種經濟適用、高效節能、環境友好的新型建筑材料，是混凝土管、鑄鐵管、PE管的替代品，它的使用不僅可以降低建設和施工成本，而且可以提高工程抗震、抗地形壓力能力，提高建筑物的使用壽命，目前在世界上其他國家獲得廣泛應用。我國金屬波紋鋼板管涵的使用在早期也有涉及，但是由于各種原因，現在還處于起步階段，目前只是在公路工程中應用較廣。實踐證明，金屬波紋鋼板管涵在我國的市政、交通、農業、環保等諸多領域還將有較大的應用空間，為此，冷彎型鋼協會成立了“波紋鋼板管涵專業委員會”，大力促進該行業的健康發展。目前我國鋼鐵工業產能嚴重過剩，尤其是板卷材，該行業的大力發展必將成為解決產能過剩的有效途徑。

項目組與企業合作，先后開發了55mm、110mm和140mm深金屬波紋鋼板管涵，利用一套模具，分別成形了3～5種不同板厚金屬波紋鋼板產品，如圖11所示。目前該項研究處于國內領先水平。

圖11 金屬波紋鋼板管涵

結束語

冷彎型鋼作為一種經濟斷面型材，具有重量輕、強度高、鋼材利用率高及綠色環保等優點，是國家大力推廣應用的新型高效經濟材料。“十二五”時期，是國家加快轉變經濟發展方式，調整產業結構的重要時期。冷彎型鋼行業將著重突出鋼材深加工功能，重點發展產量、產值和比重在行業中地位突出的鋼結構、汽車工業、金屬波紋鋼等的潛在市場和自主創新技術，使我國冷彎型鋼產業在國內外占據重要地位，真正成為戰略型新興產業。從國外對冷彎型鋼的應用程度來看，冷彎型鋼在我國擁有廣闊的發展空間，冷彎型鋼行業必將走向快速發展的戰略機遇時期。