供稿|李霞，王亞東，于立偉，武斌 / LI Xia， WANG Ya-dong， YU Li-wei， WU Bin

本鋼汽車用冷軋烘烤硬化鋼BH340的研制開發(fā)

供稿|李霞，王亞東，于立偉，武斌 / LI Xia， WANG Ya-dong， YU Li-wei， WU Bin

內(nèi)容導(dǎo)讀

文章介紹了冷軋烘烤硬化鋼BH340 的產(chǎn)品特性和工藝流程，詳細闡明了煉鋼工序、熱軋工序、冷軋工序的研制機理和控制原則。通過金相組織、產(chǎn)品織構(gòu)、力學(xué)性能等檢驗結(jié)果以及用戶使用情況等綜合分析，認(rèn)為煉鋼工序中Nb、Ti等化學(xué)元素的合理控制，熱軋工序中低溫加熱、低溫開軋、高溫卷取等工藝手段，以及冷軋工序中較大壓下率、高溫退火、快速冷卻等工藝參數(shù)的綜合運用，可以使冷軋烘烤硬化鋼BH340獲得良好的烘烤硬化等綜合性能指標(biāo)，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。

為適應(yīng)國際節(jié)能環(huán)保的要求，國內(nèi)外汽車行業(yè)紛紛明確了新的發(fā)展目標(biāo)，即減輕汽車自身重量，從而減少能耗，降低廢氣排放。同時為增加安全性，更是提高了對深沖性能和抗凹陷性的要求。因此，因其具有良好的沖壓成性和較高的抗凹陷性，烘烤硬化鋼近年來越來越受到汽車行業(yè)的重視，并被廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機蓋板、車門外板、翼字板、頂蓋等車身外覆蓋件［1］。

工藝設(shè)計

工藝流程

本鋼設(shè)計生產(chǎn)的冷軋烘烤硬化鋼BH340，具有良好的沖壓成型和抗凹陷性，也受到國內(nèi)外汽車行業(yè)的青睞。其主要工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→連鑄→加熱→控軋控冷→卷取→冷軋開卷、焊接→酸洗、冷連軋→連續(xù)退火→平整→精整→表面、性能檢驗→包裝→出廠。

煉鋼工序

高強度烘烤硬化鋼BH340是在超低碳鋼（C≤0.008%，N≤0.004%）中加入適量的Nb或Ti，使鋼中的C、N原子的絕大部分被固定成碳氮化物，而在鐵素體中保留一定量的固溶C原子，可使退火鋼板經(jīng)沖壓成型和烤漆處理后得以硬化。實驗表明，磷元素的增加有利于獲得高的BH值［2］。估算鋼板中固溶C、N原子數(shù)分?jǐn)?shù)xC固溶、xN固溶的公式為：

其中，xC固溶、xN固溶為鋼板中固溶C、固溶N原子數(shù)分?jǐn)?shù)，%；xC、xN、xTi、xNb分別為鋼板中C、N、Ti、Nb的原子數(shù)分?jǐn)?shù)，%。

熱連軋工序

烘烤硬化鋼基體為鐵素體組織，為保證良好的深沖性能和抗凹陷性，在熱軋工序要得到均勻細小的鐵素體組織，同時要求鐵素體基體上彌散分布、較大的第二相粒子。因此，本鋼冷軋烘烤硬化鋼BH340最終熱軋板坯加熱溫度控制在≥1150℃，終軋溫度要求≥880℃，卷取溫度要求≥700℃。

冷軋工序

為了獲得良好的深沖性能，促進｛111｝取向晶粒形成，冷軋階段采用較高的冷軋壓下率，一般要求65%以上。同時，高溫退火和快速冷卻有利于鋼板的烘烤硬化性能，于是本鋼烘烤硬化鋼BH340冷軋工序最終設(shè)定進行大于825℃的高溫退火和大于25℃/ s的速度快速冷卻的連退工藝制度。

檢驗分析

金相組織檢驗

本鋼設(shè)計生產(chǎn)的冷軋烘烤硬化鋼BH340隨機抽取試樣進行了金相組織、晶粒度和非金屬夾雜物的檢驗分析，結(jié)果見表1。由檢驗結(jié)果可見，冷軋板的顯微組織為鐵素體，晶粒大小均勻，非金屬夾雜物級別低，具體情況見圖1。

表1　金相組織、晶粒度和非金屬夾雜物的檢驗結(jié)果

圖1　BH340的冷軋顯微組織

織構(gòu)檢驗

同時隨機抽取試樣，進行織構(gòu)檢驗，見圖2。檢驗結(jié)果表明，試樣平行于軋面方向的主要織構(gòu)為｛111｝，分布集中，說明該烘烤硬化鋼BH340具有良好的深沖性能。

性能檢驗

本鋼生產(chǎn)的超低碳冷軋烘烤硬化鋼BH340經(jīng)煉鋼、連軋、冷軋工序制成成品后，隨機抽樣進行性能檢驗，其性能完全達到標(biāo)準(zhǔn)要求，見表2。而且試樣在室溫下儲存，3個月后進行拉伸應(yīng)變痕實驗，結(jié)果表明，未發(fā)生時效。

BH2值檢驗

高強度烘烤硬化鋼與傳統(tǒng)鋼相比有以下特點：鋼板在沖壓時有較低的屈服強度，可以沖出形狀復(fù)雜的零件，經(jīng)過大約20 min的170℃左右高溫烘烤后，鋼板的屈服強度增加大于30 MPa以上［3］，這種在烘烤硬化前后兼?zhèn)渖顩_性能和抗凹陷性的綜合特性，使烘烤硬化鋼在汽車板應(yīng)用方面得到廣泛關(guān)注。

烘烤硬化值（BH2）為試樣烘烤后的下屈服強度或非比例延伸0.2%（無明顯屈服時）對應(yīng)的屈服強度，與烘烤前同一試樣總延伸率2%對應(yīng)的屈服強度的差值。實驗結(jié)果表明，本鋼生產(chǎn)的冷軋烘烤硬化鋼BH340的BH2值完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。BH2的計算公式見公式（3），計算示意圖見圖3。

討論分析

首先，在煉鋼工序超低碳鋼中適量Nb、Ti元素的加入，兼顧了烘烤硬化鋼BH340的深沖性能和烘烤硬化性能。BH340的烘烤硬化性實質(zhì)上是固溶C原子存在的宏觀反應(yīng)，鋼板中C原子數(shù)量越多，則BH值越高，但BH值過高，室溫時效性則惡化。因此合理控制Nb、Ti的加入量是決定高強度烘烤硬化鋼BH340是否具有理想烘烤硬化性能的關(guān)鍵，Nb、Ti加入過多，可改善深沖性能，但得不到烘烤硬化性能；Nb、Ti加入過少，深沖性能惡化，烘烤硬化性能過強。通過大量實驗，本鋼BH340成分設(shè)計完全能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

其次，在熱軋工序中烘烤硬化鋼基體為鐵素體組織， 對性能影響較大的是晶粒度。因為組織特征的遺傳性，熱軋后的組織形態(tài)在冷軋過程中幾乎不發(fā)生改變，所以一般要求熱軋晶粒盡量小些。但是在熱軋的過程中，更需要得到大尺寸的第二相粒子，彌散分布的第二相粒子有利于的｛111｝織構(gòu)的形成，而｛111｝織構(gòu)是保證鋼板具有良好成形性能的前提。隨著卷取溫度的提高，碳化物析出增加，有利于顆粒的聚集長大，在冷軋快速退火過程中有較多的碳原子固溶，獲得較高的烘烤硬化值。不過細化晶粒和得到大尺寸的第二相粒子在生產(chǎn)中存在不可兼得的矛盾，使得熱軋晶粒度研究顯得尤為重要。于是研究的目的就是在既定的卷取工藝下，保證第二相粒子大小，細化烘烤硬化鋼的鐵素體晶粒。

圖2　BH340織構(gòu)檢驗結(jié)果

圖3　BH2的計算示意圖

表2　BH340性能檢驗結(jié)果

另外，固溶C原子的含量直接影響烘烤硬化值，在熱軋工序中，Nb、Ti元素完全固溶碳，并在后續(xù)的冷軋退火工序保證碳以固溶體的形式存在。本鋼采取低溫軋制、高溫卷取的熱軋工藝，可以獲得晶粒大小均勻的鐵素體組織，同時有利于｛111｝織構(gòu)的形成，保證BH340具有良好的深沖性能。

最后，在冷軋工序中較大的冷軋壓下率可促使盡量多的｛111｝取向晶粒形成，可以促進之后連續(xù)退火過程中｛111｝組織織構(gòu)的發(fā)展，從而使鋼板獲得良好的深沖性能。由表2性能檢驗結(jié)果可見，平均塑性應(yīng)變比r值較高，它是衡量鋼板深沖性能優(yōu)劣的主要參數(shù)［4］。它與鋼板中的有利織構(gòu)｛111｝與不利織構(gòu)｛100｝的強度之比有關(guān)。有利織構(gòu)愈強，不利織構(gòu)愈弱，r平均值越高，深沖性能越好。

冷軋連續(xù)退火工藝是烘烤硬化鋼的技術(shù)難點，在此階段，采用較高的退火溫度以保證碳原子以固溶體的形式保存于鋼中。同時，較大的冷卻速度可以確保部分溶解于鋼中的NbC不能在隨后的冷卻過程中析出，高溫退火和快速冷卻的綜合運用保證了鋼板的烘烤硬化性能。

結(jié)論

1） 煉鋼工序合理控制Nb、Ti的加入量是決定冷軋烘烤硬化鋼BH340是否具有理想烘烤硬化性能的關(guān)鍵。磷元素的增加有利于提高烘烤硬化值。

2） 熱連軋工序，采用低溫軋制、高溫卷取的熱軋工藝，可以得到細小鐵素體基體上均勻分布第二相粒子的組織特征，并將影響最終成品的組織性能。

3） 冷軋階段采用較高的冷軋壓下率，可促使｛111｝取向晶粒較多形成，使鋼板獲得良好的深沖性能。采用高溫均熱和快速冷卻的退火工藝有利于鋼板的烘烤硬化性能。

本鋼生產(chǎn)的烘烤硬化鋼BH340出廠后，在國內(nèi)某汽車廠進行車頂蓋沖壓實驗，從反饋情況得知，冷軋烘烤硬化鋼BH340的性能和表面質(zhì)量都已達到使用要求，沖壓件形狀良好，得到了認(rèn)可。今后，本鋼可根據(jù)自身的生產(chǎn)工藝特點和用戶的使用要求，逐漸優(yōu)化工藝，形成穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的系列產(chǎn)品，推動我國鋼鐵業(yè)與汽車工業(yè)的進一步發(fā)展。

［1］ 韓志勇，張明達，許海峰，等. 高性能汽車鋼組織性能特點及未來研發(fā)方向. 鋼鐵，2016 （2）：2

［2］ 關(guān)小軍，潘偉，周家娟，等. 成分對超低碳高強度烘烤硬化鋼板性能的影響. 特殊鋼，1999（12）：19

［3］ 呂成，胡吟萍，孫方義，等. 不同成分體系對超低碳烘烤硬化鋼性能的影響. 鋼鐵研究，2011（2）：59

［4］ 江海濤，康永林，于浩，等. 烘烤硬化汽車鋼板的開發(fā)與研究進展. 汽車工藝與材料，2005（3）：1

Research and Development of Cold Rolling Bake Hardening Steel BH340 for Automobile in BX Steel

10.3969/j.issn.1000-6826.2016.05.17

李霞（1973—），女，碩士研究生，高級工程師，從事汽車板研究，工作于本鋼產(chǎn)品研究院，E-mail：bxlixia0414@sina.com。

攝影 黃秋敏

本鋼產(chǎn)品研究院，遼寧 本溪 117000