供稿|周宏偉，金月桂，王鯤鵬，李沈洋

本鋼370 MPa級高強IF鋼熱鍍鋅板生產工藝優(yōu)化

供稿|周宏偉，金月桂，王鯤鵬，李沈洋

本文介紹了本鋼370 MPa級深沖高強熱鍍鋅板生產工藝設計及優(yōu)化，根據強度和成形性能等要求，對化學成分和軋制工藝進行設計，重點研究實際生產中化學成分的控制，熱軋、冷軋、連續(xù)退火及熱鍍鋅工序關鍵參數的控制要點，通過分析產品的微觀組織及各項性能指標，對生產工藝進行優(yōu)化。優(yōu)化后產品的力學性能和成形性能良好，應用于變形較復雜的汽車高強結構件。

高強IF鋼又稱為深沖高強鋼，不僅具有較高的強度，而且有良好的深沖性能，其主要用途是汽車內部結構件以及車身覆蓋件，以達到零件減薄和提高抗凹陷性的目的[1]。

370 MPa級的高強IF鋼是目前應用最廣泛，使用量最多的一類產品。本鋼370 MPa級高強IF鋼熱鍍鋅板的研發(fā)是結合其成形性能和強度的要求，成分、工藝的設計和控制主要根據固溶強化原理，同時結合了晶粒細化及析出強化機理，并在生產中對成分進行微調，對熱軋及連續(xù)退火工藝逐步進行優(yōu)化，現(xiàn)已形成工業(yè)化生產，產品具有優(yōu)良的力學性能、成形性能。

成分及工藝設計

成分設計

熱鍍鋅高強度IF鋼采用IF鋼為基體，C、N含量均控制在0.004%以下，對提高r值有利。微合金元素Nb、Ti含量對IF鋼的性能有重要的作用[2]，可以減少C、N的影響，從而達到提高產品的成形性能的目的。

提高強度的手段主要是在IF鋼中添加常用的固溶強化元素P、Mn 等[3]，由于P是一種成本較低但強化效果好的元素，兼顧成形性和較高強度的鋼板都離不開P，但二次加工脆性的問題是加P的IF鋼必須考慮的，一般通過加入B來解決。Mn提高同樣的強度所需的添加量較大，用Mn強化的IF鋼對二次加工脆性較不敏感，但是Mn含量過高，會使產品的延伸率和r值惡化，而且會使熱鍍鋅工序的難度加大，因此一般采用P和Mn復合添加的方式。

微合金化元素Nb、Ti的加入對提高強度有一定作用，一是其對基體晶粒有細化作用，二是Nb、Ti的化合物產生析出強化作用[4]。

本鋼370 MPa級高強IF鋼采用Nb-Ti-IF鋼，P、Mn作為主要強化元素，并添加微量B。

熱連軋工藝

考慮到對最終產品性能和表面質量的影響，熱連軋采用低溫加熱，加熱溫度的目標值低于1200 ℃。

高溫終軋和軋后快冷可以使熱軋鋼板的晶粒均勻，可使最終產品形成有利織構。結合實際，終軋溫度按高于AC3點10～20℃控制。

卷取溫度是熱軋工序的最關鍵參數，采用高溫卷取的，有利于第二相質點的析出和基體晶粒的粗化，可提高深沖性能，但要避免高溫卷取對產品表面質量造成的不利影響。

冷軋壓下率

冷軋壓下率對r值有影響，按不同的產品規(guī)格采用較高的冷軋壓下率，但同時要考慮到軋機能力和板形等方面因素。

退火溫度

提高退火溫度，可使r值增大，但過高的溫度會造成晶粒長大，減弱細晶強化效果。

為了獲得退火工藝與產品最終性能的良好匹配，進行模擬退火實驗，以初步確定退火溫度的控制范圍。

生產工藝優(yōu)化

優(yōu)化前產品性能

結合汽車廠的訂貨合同進行了初期的試制生產，各項性能滿足標準要求，性能指標見表1。

通過小批量用戶試驗，產品基本滿足其使用要求，但個別批次出現(xiàn)沖壓廢品，結合用戶的建議，對產品的生產工藝進行了優(yōu)化。

成分及工藝優(yōu)化

根據試制階段的關鍵工藝控制情況及其對產品性能的影響，對化學成分中的Mn、P含量以及熱軋卷取溫度、連續(xù)退火均熱段帶溫控制進行調整，具體內容見表2。

工藝優(yōu)化后，進行了批量工業(yè)生產，與優(yōu)化前相比，產品強度降低10 MPa左右，延伸率及r值有所提升，見表3。

生產檢驗結果及后續(xù)的用戶使用情況表明，優(yōu)化后的產品性能滿足汽車部件的使用需求。

表1 試制產品力學性能

表2 優(yōu)化項目

表3 優(yōu)化后力學性能

組織和性能

對工藝優(yōu)化后產品的組織和各項性能指標進行綜合評定。

金相組織

圖1為典型的金相組織照片。金相組織為均勻的鐵素體組織，晶粒度8～10級。

圖1 金相組織

基板織構

織構分析采用用X射線衍射儀，典型的ODF圖見圖2。

圖2 ODF圖

產品的｛111｝織構極密度高，這類織構有利于產品的沖壓成形。

二次加工脆性

高強IF鋼中，P在晶界的偏析使晶界斷裂更容易發(fā)生，在沖壓成形后的使用過程中存在受低溫沖擊而斷裂的危險，稱為二次加工脆性，又稱冷加工脆性。

二次加工脆性的評定有多種試驗分析方法，本鋼采用普遍應用的沖杯法對這項指標進行評定，試驗數據見表4，試驗樣杯見圖3。

表4 試驗數據

圖3 試驗樣杯

初始溫度選擇為0 ℃，未出現(xiàn)裂紋，然后試驗-10 ℃至-60 ℃，任何樣杯未出現(xiàn)裂紋，其二次加工脆性溫度在-60 ℃以下。

焊接性能

點焊試驗委托美國EQS實驗室檢測，采用不同的焊接電流和焊接時間，焊接后對焊縫處進行檢驗，檢驗標準采用GWS-5A，其焊接性能良好。

圖4 焊接試樣

產品應用

本鋼370 MPa級高強IF鋼現(xiàn)已穩(wěn)定供給國內外幾十家汽車制造企業(yè)，應用于多種汽車結構件的制造，圖5為某制件照片。

結論

（1）采用Nb、Ti復合IF鋼，主要強化元素P、Mn，并添加微量B解決二次加工脆性的問題，這種成分設計可滿足各項性能要求。

（2）通過適當降低Mn、P含量，提高熱軋卷取溫度和連續(xù)退火均熱段帶溫的優(yōu)化措施，使強度降低10 MPa左右，延伸率及r值有所提升，提高了產品的沖壓成形性能。

圖5 汽車零件

（3）二次加工脆性及焊接性能指標符合相關標準，滿足汽車部件的使用需求。

[1] 姚貴升, 景麗媛. 汽車用鋼應用技術. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2007: 269

[2] 康永林. 現(xiàn)代汽車板工藝及成形理論與技術. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2009: 55

[3] Nobuyuki TAKAHASHI, Kenji MATSUZUKA, Yoshikuni FURUNO, etc. Effect of Alloying Elements and Annealing Cycles on Strengthening of Continuously Annealed Cold Rolled Sheet. Tetsu to Hagane, 1982, 68(9): 1378

[4] 于燕, 劉相華, 王華, 等. 汽車用高強度鋼板強化機理研究. 汽車工藝與材料, 2006, (7): 12

Process Optimization of 370 MPa Hot Dip Galvanizing High Strength IF Steel Plates in BX Steel

/ ZHOU Hong-wei, JIN Yue-gui, WANG Kun-peng, LI Shen-yang

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.02.16

周宏偉（1974—），男，漢，碩士研究生，教授研究員級高級工程師。

本鋼集團有限公司汽車板研發(fā)所，遼寧 本溪 117000