汽车用980MPa级高成形性冷轧板

LIU1018

汽车用980MPa级高成形性冷轧板

高宏适   

    前言
    随着汽车冲撞安全标准日益严格化和为减少排气的轻量化要求，高强度钢板正在不断地用于汽车车身结构件。神户制钢供应满足不同部件加工性要求的980MPa级冷轧钢板，并受到用户的好评。用户希望随着使用高强钢部件的不断增加，进一步提高高强钢的加工性能。为适应用户的这一要求，神户制钢开发出车身构架用高伸长率（El）型980MPa级冷轧钢板和座椅架用伸长率（El）－拉伸凸缘（λ）综合性良好型980MPa级冷轧钢板。本文以成形性为重点对这两种开发钢的特点进行介绍。
    1    开发过程
    神户制钢从很早就一直致力于提高铁素体-马氏体双相钢（DP）加工性的研究。其研究成果是，建立了采用水淬型连续退火装置独立控制马氏体体积分量和马氏体硬度，制造El-λ不同匹配的980MPa级冷轧钢板的技术。利用该技术，生产出大量铁素体和硬质马氏体构成的以总伸长率为重点的“冲压型”和含有高局部变形能的回火马氏体的，以弯曲性和拉伸凸缘性为重点的“弯曲型”高强钢板等各种产品，以适应不同部件的加工要求。因此受到用户的好评，并且要求随着这些钢板使用部位的增加，进一步提高钢板的成形性。
    神户制钢为满足用户的这种要求，开发出新的高El型和El-λ综合性良好型两种高成形性980MPa级冷轧钢板。图1是开发钢和传统DP钢的总伸长率El和拉伸凸缘性λ的关系。高El型开发钢具有高El值，其El值超过冲压型传统DP钢板。El-λ综合性良好型开发钢同时具有相当于中间型传统DP钢板的El值和相当于弯曲型传统DP钢板的λ值。
    在开发高El型980MPa级冷轧钢板中，不仅要保证钢中有大量的残余奥氏体，而且要使残余奥氏体的形态呈微细分散的伸长形状，这样，可以使降低点焊性的C含量控制在适宜的范围内，同时还可以获得高El值。微细分散伸长形状的残余奥氏体比粗大块状的残余奥氏体具有更好的稳定性，在加工中直到变形末期都可发挥TRIP（相变诱发塑性）效应，高El开发钢就是利用这一原理制成的。
    对于El-λ综合性良好型980MPa级冷轧钢板，则以高位错密度的贝茵铁素体（BF）为母相。BF是一种强度高、均匀微细的局部变形性良好的组织，因此，常被利用于高拉伸凸缘性钢板，其不足之处是总伸长率不一定高。神户制钢在BF板条间导入微细残余奥氏体，成功地实现了El和λ综合性能都达到高值，而这是传统DP钢所不能解决的。
    开发钢的微观组织如图2。高El开发钢的组织是，低位错密度的母相组织和分散在其内部的微细伸长的残余奥氏体。El-λ综合性良好开发钢的组织是，以亚微米级尺寸板条组织构成的BF为母相，并且经投射电镜观察确认，在BF内的板条内有微细的残余奥氏体。两种开发钢的组织特点是，与传统DP钢相比，都具有非常微细而且均匀的组织。
    为获得上述微观组织，以下技术起了重要作用：1）在连续退火过程中，从奥氏体区高速冷却方法控制BF组织的技术；2）通过合金元素加入量和等温淬火温度对残余奥氏体的体积分量和形态进行控制的技术。
    2   开发钢的特性
    2.1   成形性
    在上述的各种成形性中，对拉伸凸缘性的指标λ值已经进行了说明。下面对胀出性，深冲性和弯曲性进行说明。为了进行比较，采用了传统DP钢的三种类型：冲压型、弯曲型、590MPa级钢板。实验钢的力学性能见表1。
    2.1.1   胀出成形性
    胀出成形性的实验方法是，试样尺寸140mm×140mm。用118kN的防皱压力压住试样。模具直径?53.4mm，冲头直径?50.0mm，球头R：25mm。用该模具对试样进行成形时得到的断裂极限的高度来评价胀出成形性。作为对比钢，三种类型传统DP钢的实验结果同时在图3中表示出来。高El开发钢的胀出成形高度超过冲压型传统DP钢，与590MPa级传统DP钢板相当。其原因是高El开发钢中的残余奥氏体的形变诱发相变使2轴变形中的加工硬化率增加，应变分散性增大的结果。El-λ综合性良好开发钢与高El开发钢相比虽然成形高度较低，但其胀出成形性与冲压型传统DP钢相当。这是因为虽然El-λ综合性良好开发钢的残余奥氏体没有高El开发钢那样多，但仍可发挥形变诱发相变的作用。
    2.1.2   深冲成形性
    深冲成形性的实验方法是，实验用模具直径?53.4mm，冲头直径?50.0mm的圆筒（肩部R：8mm）。用9.8kN的防皱压力压住?80～140mm试样。冲压后测量极限深冲比，实验结果如图4。高El开发钢具有很高的极限深冲比，超过了590MPa级传统DP钢。El-λ综合性良好开发钢的极限深冲比等于或大于冲压型传统DP钢。
    含有残余奥氏体的钢板被认为是深冲性良好的钢板。这是因为，残余奥氏体的形变诱发相变使压应力下的压缩凸缘的相变受到抑制，而拉应力下的冲头肩部附近的相变受到促进，从而增强了抵抗破断的能力。从本文的实验评价中含有大量残余奥氏体的高El开发钢表现出最好的深冲性这一点，也可以认为产生了上述残余奥氏体形变诱发相变增强抵抗破断能力的效应。
    2.1.3   高El开发钢实际部件成形评价事例
    如前所述，高El开发钢具有好于传统DP钢的胀出成形性和深冲成形性。为确认开发钢在与实际部件形状相当的成形中的优越性，使用模拟汽车中柱的模具进行成形性评价。冲压成品形状如图5，易产生裂纹区域的断面（图5中A-A′）示于图6。与目前大量使用的980MPa级传统DP钢生产的汽车中柱相比，该实验冲压件的各个肩部的R都小，而且顶板阶差大，是要求高胀出性和高深冲性的形状。对比钢用的是冲压型传统DP钢。传统DP钢在顶板台阶处产生了大裂纹，而高El开发钢没有裂纹，可以成形。因此可以说，高El开发钢对大胀出高深冲难成形部件的980MPa级高强度化作出了贡献。
    2.1.4    弯曲性
    弯曲性的实验方法是，将30mm×100mm的试样放在图7所示的模具上，用前端R=0～2.5mm 90°的压头压下，将试样不产生裂纹的压头最小半径作为弯曲性指标。弯曲方向与轧制方向垂直。实验结果如图8。高El开发钢的最小弯曲半径与冲压型传统DP钢相当。El-λ综合性良好开发钢即使在R=0弯曲时也未产生裂纹，具有与弯曲型传统DP钢同样的良好弯曲性。钢板弯曲性的好坏大致和钢板λ值的大小一致。这种现象符合钢板弯曲性和拉伸凸缘性都与局部延展性相关的情况。
    2.2    点焊性和化学处理性
   
                      表1 实验钢的力学性能
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        实验钢             YS，MPa  TS，MPa  El，%    λ，%
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    a     开发钢   高El      620     1010     20       22
    b              El-λ     800     1024     15       60
    c     传统
          DP钢     弯曲型    770     1010     12       65
    d              冲压型    640     1030     16       25
    e              590DP     390      640     25       65
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                                表2    点焊性
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    实验钢               焊接电流               焊接接头强度
                     4.25√ t   喷溅    TSS，kN    CTS，kN    熔核直径，mm
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    开发钢    高El     5.5kA    7.5kA     18.3        7.4         5.5
              El-λ    5.5kA    7.5kA     18.0        7.5         5.6
    传统
    DP钢      冲压型   5.5kA    7.5kA     18.9        7.3         5.5
              弯曲型   5.5kA    7.5kA     18.4        7.4         5.5
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    点焊电极：圆型顶端，直径6mm；点焊电极压力：3750N；焊接时间：12周波(60Hz)
    表2给出了开发钢点焊性评价的一个例子（t=1.2mm），同时还列出了传统DP钢的点焊性。两种开发钢在确保适宜焊接电流大于2.0kA，这一点和传统DP钢相同。此外，在剪切拉伸强度和十字接头拉伸强度方面也与传统DP钢有同等值。人们曾担心含有残余奥氏体的钢板由于有较多的C含量焊接强度会下降。本开发钢在对C含量进行适当调整后，利用Si提高焊接接头强度的作用，保证了合格的焊接性。
    开发钢化学处理性评价的一个例子是，用处理液浸渍钢板，在钢板表面生成磷酸盐皮膜，经过一段时间处理后，两种开发钢都没有发现氧化皮锈垢，磷酸盐晶粒尺寸和形态均良好。一般来说，随着Si等元素含量的增加，化学处理性有恶化的倾向，但神户制钢公司开发出具有稳定化学处理性钢板的技术。稳定的化学处理性是利用表面氧化物优化处理技术获得的。
    小结
    本文介绍了新开发的高El型和El-λ综合性良好型980MPa级冷轧钢板的特性。高El开发钢适用于需要进行冲压成形和胀出成形的部件，El-λ综合性良好的开发钢适用于要求拉伸凸缘性、弯曲性及胀出成形性的部件。
    今后高强度钢板在汽车车身的应用部位将进一步扩大。神户制钢将以本文介绍的980MPa级冷轧钢板为开端，在多年技术储备的基础上，努力开展进一步提高高强钢板的加工性和应用性的研究，为汽车轻量化和冲撞安全性贡献力量。

CNEG-Tiger

不错，楼主无私奉献，感谢！

GAODA

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