本鋼400 MPa熱鍍鋅烘烤硬化高強鋼研制開發(fā)

2015-12-05 06:39:42供稿高洪剛劉明輝欒天陽

金屬世界 2015年2期

供稿|高洪剛，劉明輝，欒天陽

供稿|高洪剛，劉明輝，欒天陽

本文闡述了汽車用400 MPa級別熱鍍鋅烘烤硬化高強度鋼的研制開發(fā)意義和機理，總結(jié)了研制開發(fā)過程，對該鋼種化學成分、熱軋工藝、冷軋鍍鋅工藝等進行了合理設(shè)計和優(yōu)化，獲得了預(yù)期的產(chǎn)品力學性能，本鋼已正式商業(yè)化生產(chǎn)該產(chǎn)品。

烘烤硬化（BH）鋼兼具優(yōu)異的成形性能和良好的抗凹陷性能，是現(xiàn)代汽車面板的主要用料。與傳統(tǒng)汽車板相比，該鋼種沖壓成形后，經(jīng)過約170 ℃的高溫烘烤并保溫后，鋼板的屈服強度增加約30～60 MPa，屈服強度的增加使鋼板的抗凹陷性能提高，依據(jù)此特性稱為烘烤硬化鋼[1]。根據(jù)相關(guān)資料介紹，汽車油耗與整車質(zhì)量有關(guān)，汽車質(zhì)量每下降1%，油耗下降0.6%～1.0%。汽車輕量化是降低汽車排放的有效途徑，而采用高強鋼替代深沖鋼鋼板即可以保證汽車的汽車安全、性能，又降低了車身的重量，是汽車輕量化的主要技術(shù)手段[2]。還有采用BH 鋼板不僅對成形件的形狀穩(wěn)定性無影響，而且提高了零件的抗凹陷性，有利于汽車板薄壁化的實現(xiàn)，400 MPa級熱鍍鋅烘烤硬化鋼是目前BH鋼系列最高強度級別產(chǎn)品，為適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的需要，本鋼開展400 MPa熱鍍鋅烘烤硬化（BH）鋼研發(fā)。

研制過程

試驗鋼成分設(shè)計

當前汽車用超低碳（ELC）烘烤硬化鋼主要有兩種，分別為加Ti+Nb或單獨加Nb，試驗鋼采用單獨加Nb元素，強化機理為固溶強化，為保證性能添加了Mn、P和少量Mo元素，Mo元素不僅提高強度，而且還具有改善其常溫時效性作用。試驗鋼的化學成分（熔煉分析）見表1。

熱連軋工藝

熱軋原料對烘烤硬化鋼最終成品組織性能有較大影響，在Nb處理的超低碳鋼中，添加Nb較低情況下，通常采用低的板坯加熱溫度，在保證奧氏體區(qū)軋制的前提下采用較低開軋溫度和終軋溫度，根據(jù)連續(xù)退火工藝特點，熱軋采用高溫卷取[3]。詳細試驗鋼熱軋關(guān)鍵工藝要求見表2。熱軋金相組織以鐵素體為主，金相照片見圖1，熱軋機能見表3。

表1 試驗鋼的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）%

表2 熱軋工藝

圖1 熱軋組織照片

表3 熱軋原料機能

冷軋及連續(xù)退火工藝

冷軋累計壓下率是深沖鋼最終成形性能有關(guān)鍵影響因素，隨冷軋壓下率增加變形儲存能不斷增大，大的變形儲能將促使有利織構(gòu){111}進一步發(fā)展，保證成品具有良好的深沖性能。根據(jù)鋼種特點及熱軋、冷軋設(shè)備實際情況，設(shè)計試驗鋼采用75%的冷軋累計壓下率。

連續(xù)退火工藝是保證超低碳BH鋼成品性能的最重要因素，高溫退火有利于有利織構(gòu){111}的形成，提高深沖性能，同時為了獲得較好的烘烤硬化性能，退火后采用快速冷卻工藝，確保固溶C的析出，連續(xù)退火熱處理工藝示意圖見圖2。

圖2 熱處理工藝示意圖

試驗結(jié)果

組織及性能檢測

在試驗鋼成品板寬度1/4處取橫向拉伸試驗樣，試樣加工按照金屬材料拉伸試驗GB/T228中P14試樣要求加工成A50試樣，采用Zwick/Roell電子拉伸機進行性能檢測。金相組織及織構(gòu)檢驗試樣，金相試樣沿板寬度方向1/4處截取，樣品通過打磨、拋光、酒精腐蝕，分別采用光學顯微鏡、X射線衍射儀進行組織和織構(gòu)分析。

試驗鋼成品性能

試驗鋼成品性能完全滿足相關(guān)標準要求，強度波動范圍較窄，在20 MPa以內(nèi)，烘烤硬化性能穩(wěn)定，詳細成品力學性能見表4。

產(chǎn)品顯微組織及織構(gòu)分析

成品金相組織以鐵素體為主，晶粒度為11.3級，成品的織構(gòu)以{111}＜110＞、{111}＜112＞有利織構(gòu)為主，從組織和纖維織構(gòu)看試驗鋼具有良好的深沖性能，典型金相照片見圖3，ODF圖見圖4。

成品擴孔與二次加工脆性檢驗

試樣采用邊長為100 mm的正方形試樣，試樣中部沖制10 mm直徑的圓孔，在DUP600成型試驗機上按照國標GB/T 15825.4-2008要求進行擴孔試驗，結(jié)果見表5。對成品進行二次加工脆性檢驗，-50 ℃未出現(xiàn)開裂，詳細結(jié)果見表6。從結(jié)果看試驗鋼擴孔性能和二次加工脆性優(yōu)良。