近日，山西建邦-山西通才工贸有限公司的刘朋飞与高新军研发团队利用 JMatPro 软件对光伏支架用钢 GF350 进行了深入的模拟分析及试制工作，取得了显著成果，为光伏支架用钢的性能提升与工艺优化提供了有力支持。
1、研究背景
在能源转型的大背景下，太阳能发电日益重要，光伏电站规模不断扩张，光伏支架作为关键部件，其需求量急剧上升。目前常用的 Q235B 钢板等材料，面临着被更高性能的 GF350 钢替代的趋势。GF350 钢具有更高的强度与良好的塑性，在满足光伏支架使用要求的同时，有助于实现光伏支架的轻量化与绿色化发展。
2、合金平衡相计算与分析
采用 GF350 热轧带钢，规格为6.1 mm×477 mm，如表1所示。
研究团队借助 JMatPro 软件，精确计算了 GF350 钢在 0℃至 1600℃温度范围内的平衡相组成。如图1所示，结果显示，GF350 钢的液相线温度为 1525℃，在低于此温度时，δ 铁素体开始析出，随着温度降低，δ 铁素体向 γ 奥氏体转变，直至固相线温度 1462℃时完成液相到固相的转变。在 764℃至 1414℃之间，微量的 Ti4C2S2 出现，达到 865℃时含量达到峰值约 0.034%。当温度降至 774℃时，Mn 相消失，γ 奥氏体在 864℃时开始向低温铁素体转变，温度降至 717℃时，奥氏体完全转化为铁素体和少量碳化物。在室温下，其平衡相组成主要为 98.37% 的铁素体相和少量碳化物以及其他相。
图1 GF350钢不同温度下的平衡相组成
3、合金相转变参数模拟与分析
如图2所示，通过 JMatPro 软件计算得到的 GF350 钢 TTA 曲线表明，加热速度对合金材料的临界转变温度和奥氏体均匀化程度有显著影响。随着加热速度增加，A1、A3、奥氏体均匀化温度增加，奥氏体均匀化所需时间迅速减少，这有助于减少钢坯氧化烧损和抑制奥氏体晶粒粗化，从而改善钢材力学性能。
图2 GF350钢TTA图
如图3所示为JMatPro 计算得到的 GF350 钢 过冷奥氏体等温转变曲线（TTT 曲线），合金经过奥氏体化后，在冷却过程中，铁素体、珠光体和贝氏体的最高析出温度分别为 864.8℃、719.3℃和 653.9℃。珠光体的 “鼻尖” 温度为 657℃，过冷奥氏体在此温度下保温 7.09s 后开始析出珠光体；贝氏体的 “鼻尖” 温度为 567℃，过冷奥氏体在此温度下保温 0.0986s 后开始析出贝氏体；马氏体的开始析出温度为 477.5℃。
图3 GF350钢的TTT曲线
如图4所示为JMatPro 计算得到的 GF350 钢 CCT 曲线显示，过冷奥氏体连续冷却速度达到 100℃/s 时开始出现马氏体，马氏体开始转变温度 460.67℃。在不同冷却速度下，GF350 钢的相组成含量呈现多样化，冷却速度越快，铁素体含量减少，珠光体含量增多，随着冷却速度进一步提高，贝氏体含量逐渐增加，当冷却速度增至 90～100℃/s 时，开始出现马氏体转变。
图4 GF350钢的连续冷却转变曲线
4、热连轧工艺制度与试制结果
基于 JMatPro 软件计算得到的热力学及相转变模拟数据，研究团队制定了热连轧工艺制度，包括加热温度 1220～1250℃、终轧温度 840～860℃、层冷速率 15～20℃/s、卷曲温度 640～660℃。按照此工艺制度，经过 850 毫米热连轧产线大规模生产的 GF350 光伏支架用钢，成分符合设计规定，力学性能检测结果优异，屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等指标均满足标准要求且有较大富余量，180° 冷弯试验未发现裂纹，金相显微组织为铁素体和珠光体，晶粒度达到 9 级。
表2 GF350钢热连轧工艺制度
经过 850毫米热连轧产线大规模生产GF350光伏支架用钢,其成分符合设计规定。根据表6所示的力学性能检测结果,可以明显看出,所生产的光伏支架用钢的力学性能完全符合标准要求,并且具有相当大的富余量。180。冷弯试验未发现任何裂纹,表明这种钢板具有出色的延展性。
表3 GF350钢力学性能
使用光学显微镜对试样界面进行组织观察，图5为GF350钢金相显微组织，组织为铁素体和珠光体，晶粒度9 级。
图5 GF350钢金相显微组织
5、结论
在本项工作中，研发团队借助于JMatPro 软件对 GF350 钢的研究，模拟了其热力学及相转变过程，为制定合理的热连轧工艺制度提供了坚实的理论依据。通过该工艺生产的 GF350 光伏支架用钢在力学性能和组织方面表现出色，符合使用要求，有望在光伏支架领域得到广泛应用，推动光伏产业的发展。该研究再次证明了 JMatPro 软件在金属材料研发与工艺优化中的强大作用，为相关领域的研究和生产提供了有益借鉴。
参考文献：[1]刘朋飞,高新军.基于JMatPro软件对350 MPa级光伏支架用钢GF350的模拟分析及试制[J].特钢技术,2024,30(04):13-16+21.DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2024.4049.
关于JMatPro
JMatPro软件包含一系列宽范围的合金类型，目前可以计算的合金类型包含铝合金、镁合金、铸铁、不锈钢、高中低合金钢、钴合金、镍基合金、镍铁基合金、镍基单晶超合金、钛合金、锆合金、焊料合金（锡焊）、铜合金。
JMatPro的应用范围：
1、可为热力学计算等基础研究提供参考；
2、辅助科研人员进行合金设计；
3、辅助科研人员进行材料加工工艺设计（如铸造、锻造、挤压等）；
4、辅助科研人员进行热处理与焊接工艺设计；
5、预测材料材料各种性能，从而可以大量节省项目时间与实验费用（尤其是高温性能）；
6、能为许多材料成型 CAE 软件提供材料性能参数（如：Procast、Magma、Deform、TherCast、Novacast等）；
7、能够为其他CAE软件提供材料性能参数（如Sysweld、Abaqus、Ansys、MSC/Marc等）；
8、提供API接口，利用程序语言调用软件完成计算，方便将软件计算功能与其他软件、应用进行整合。
9、提供MPO材料优化设计，通过多目标优化算法，快速优化获得满足设计要求的材料成分。
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