汪仲華

【摘 要】鞍鋼鋼研院新開發(fā)的GDPT06，GDPT08新冷硬鋼種材料，做為DP600/DP800雙相鋼的原料投料，生產(chǎn)出來的鍍鋅產(chǎn)品相比傳統(tǒng)的原料投料，具有更好的材料性能。為了生產(chǎn)該高擴(kuò)孔率，高塑性加工成型性的新材料，需使用高冷速，預(yù)氧化工藝的鍍鋅生產(chǎn)工藝。

【關(guān)鍵詞】雙相鋼；擴(kuò)孔率；性能；新鋼種

引言

為了滿足汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展輕量化、低燃油消耗以及安全性的要求，高強(qiáng)鋼鍍鋅已成為目前研發(fā)的熱點(diǎn)。鐵素體馬氏體雙相鋼的產(chǎn)生是高強(qiáng)度鋼領(lǐng)域的一個(gè)重要突破，也是高強(qiáng)度鋼開發(fā)研制中的一個(gè)里程碑。雙相鋼以其低屈強(qiáng)比、高初始加工硬化速率、良好強(qiáng)度和延性的配合等優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成為一種成型性良好的新型高強(qiáng)度沖壓用鋼，成為現(xiàn)代汽車用鋼的重要組成部分。

1.新開發(fā)的DP600/DP800雙相鋼背景及意義

雙相鋼又稱復(fù)相鋼，其主要組織為鐵素體與馬氏體相組織，是低碳鋼或低合金高強(qiáng)度鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制后而獲得。這類鋼具有高強(qiáng)度和高延性的良好配合，已成為一種強(qiáng)度高、成形性好的新型沖壓用鋼。

其中，590MPa級(jí)和780Mpa雙相鋼鍍鋅板在汽車制造中的使用比例大，主要應(yīng)用于汽車的加強(qiáng)件和結(jié)構(gòu)件。目前鞍鋼市場(chǎng)上使用的傳統(tǒng)DP600/DP800自向汽車廠供料以來，經(jīng)常出現(xiàn)雙相鋼沖壓開裂的情況，影響客戶生產(chǎn)效率。在此背景下，鞍鋼鋼研院研制了新的DP600/DP800對(duì)應(yīng)的冷硬原料鋼種GDPT06/GDPT08。

2.新鋼種的原料配方

相比傳統(tǒng)的DP600/DP800雙相鋼鍍鋅原料，新研發(fā)的GDPT06/GDPT08新鋼種降低了C、Mo元素含量，增加了Nb元素含量，降低了成本￥500-800/噸，更重要的是提高了整體的材料性能。

3.新鋼種的工藝控制及產(chǎn)品性能

筆者經(jīng)過雙相鋼產(chǎn)品工藝測(cè)試及數(shù)據(jù)匯總，后續(xù)批量的生產(chǎn)固化參數(shù)，總結(jié)出合適的鍍鋅工藝。590Mpa強(qiáng)度級(jí)的鍍鋅生產(chǎn)過程中，鋼帶在退火爐速度55-75m/min，均熱溫度820-840℃，緩冷溫度670-690℃，快冷溫度420-460℃，合金化溫度470-520℃，頂輥溫度160-180℃，光整延伸率0.4%。780Mpa強(qiáng)度級(jí)的鍍鋅生產(chǎn)過程中，鋼帶在退火爐速度50-75m/min，均熱溫度830-850℃，緩冷溫度670-690℃，采用高氫快冷、快冷溫度300-360℃，合金化溫度470-520℃，頂輥溫度160-180℃，光整延伸率0.4%。780Mpa強(qiáng)度級(jí)通過高氫快冷工藝，提高冷卻速度，可以顯著提高DP800高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，這和提高冷卻速度后馬氏體量顯著增加有關(guān)。

使用新配方以及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度雙相鋼，可以保證鋼板最終組織為鐵素體和馬氏體，馬氏體以島狀大小均勻的彌散分布在鐵素體基體上。其中590Mpa級(jí)雙相鋼抗拉強(qiáng)度介于590-650MPa，屈服強(qiáng)度介于340-380Mpa之間，延伸率超過23.5%，擴(kuò)孔率平均為75%。780Mpa級(jí)別雙相鋼抗拉強(qiáng)度介于780-850Mpa，屈服強(qiáng)度介于450-500Mpa之間，延伸率超過15%，擴(kuò)孔率平均為22%。新開發(fā)的雙相鋼種的強(qiáng)度和延性匹配良好，具有高的擴(kuò)孔率數(shù)據(jù)，較低的屈強(qiáng)比，客戶使用安全，滿足現(xiàn)代汽車輕量化、安全環(huán)保和低成本制造要求，最重要的是解決了舊鋼種沖壓頻繁開裂的難題。

筆者收集了新鋼種，傳統(tǒng)鋼種，其它兩家鋼廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖2，可發(fā)現(xiàn)590Mpa和780Mpa強(qiáng)度級(jí)別的雙相鋼新鋼種在屈服強(qiáng)度、斷后延伸率、擴(kuò)孔率等性能指標(biāo)均占優(yōu)一定優(yōu)勢(shì)。

對(duì)比590Mpa級(jí)新鋼種GDPT06和舊鋼種590DP的金相圖可發(fā)現(xiàn)，新鋼種中白色鐵素體和黑色馬氏體的組織分布更為均勻，晶粒更為細(xì)小。

4.表面狀態(tài)

兩種雙相鋼Si、Mn元素含量較高，在熱鍍鋅退火過程中，合金元素析出富集在帶鋼表面，并在帶鋼表面形成顆粒狀氧化物。目前的熱鍍鋅工藝需在退火爐中使用預(yù)氧化工序，使大部分Si、Mn元素在鐵基內(nèi)部提前氧化。

未進(jìn)行預(yù)氧化的鋼板表面幾乎布滿了氧化物顆粒，而經(jīng)過預(yù)氧化的鋼板表面明顯要比前者少很多。這主要由于鋼板進(jìn)入露點(diǎn)較高并具有微弱氧化能力的退火爐加熱段時(shí)，預(yù)氧化后鋼板表面主要為Fe的氧化物，Si、Mn合金元素的氧化較少，之后鋼板表面氧化物被還原成海綿鐵，而Si、Mn合金元素氧化物被覆蓋在海綿鐵之下，產(chǎn)生內(nèi)氧化現(xiàn)象。

不同露點(diǎn)的退火爐氣氛會(huì)使鋼板表面生成不同厚度的Fe的氧化層，露點(diǎn)越高，厚度越大，對(duì)表面氧化物顆粒的覆蓋作用會(huì)越大。

熱浸鍍鋅層的質(zhì)量和附著力與Fe-Al抑制層的生長狀況有很大關(guān)系，而鋼板表面氧化物形貌又直接影響抑制層的生長。未經(jīng)預(yù)氧化的熱浸鍍板界面抑制層顆粒生長極不充分，未形成連續(xù)致密的抑制層。而經(jīng)過預(yù)氧化的熱浸鍍鋅界面抑制層顆粒相互之間銜接緊密，幾乎都組成了連續(xù)且致密的抑制層。

5.具體應(yīng)用情況

590Mpa級(jí)新鋼種和780Mpa級(jí)新鋼種的強(qiáng)化方式為復(fù)合強(qiáng)化，具有低屈強(qiáng)比，初步加工硬化速率快，無屈服延伸的特點(diǎn)，具備烘烤硬化性能，能在車漆噴涂后烘烤后屈服強(qiáng)度增加，擁有更好的加工成形性。

新鋼種擁有高擴(kuò)孔率、開孔時(shí)不易開裂，不易造成裂紋擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。無論純鋅或者鋅鐵合金產(chǎn)品，優(yōu)異材料特性使焊接性能方面處于同級(jí)別材料領(lǐng)先水平。

新材料可以在同一零件上同時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔、拉伸、彎折等復(fù)雜形變，可應(yīng)用于形狀復(fù)雜的零部件，適用于車體主要使用部件：邊梁、側(cè)面構(gòu)件、橫梁、支柱、底盤加強(qiáng)件、油箱支架等汽車車體結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件以及門內(nèi)板，具有極其優(yōu)秀的機(jī)械性能。

車身設(shè)計(jì)根據(jù)產(chǎn)品用途、使用條件、載荷大小、經(jīng)濟(jì)型要求、輕量化原則等，選用合適性能的材料做構(gòu)建交叉點(diǎn)連接件，滿足車身連接結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)性能。新材料可以滿足零部件的深沖壓需求，同時(shí)可以保證在輕量化的需求上滿足鋼性需求。

骨架結(jié)構(gòu)由密閉斷面的矩形管構(gòu)成，要求具有很高的焊接性能和防腐性能，新材料在提高車身構(gòu)件的強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度的同時(shí)在焊接裝配中，體現(xiàn)優(yōu)良的焊接性能，鍍鋅的應(yīng)用，極大的提高產(chǎn)品的防腐性能。

結(jié)語

（1）590Mpa級(jí)和780Mpa級(jí)新鋼種在原有傳統(tǒng)鋼種的基礎(chǔ)上增加了C、Mo元素含量，降低了碳當(dāng)量，增加了Nb元素含量，大大降低了冶煉成本，在保證材料整體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高了雙相鋼的延展性，同時(shí)具有更高的擴(kuò)孔率，提高了雙相鋼在汽車市場(chǎng)的適用性。

（2）新材料需匹配爐內(nèi)快速冷卻，預(yù)氧化的工藝，確保優(yōu)異的材料性能和良好的表面質(zhì)量。

（3）新材料良好的加工成型性目前大批量的應(yīng)用于汽車車體的連接件，骨架結(jié)構(gòu)件等，滿足車身結(jié)構(gòu)的輕量化、高深沖性能、高防腐等要求。

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（作者單位：鞍鋼廣州汽車鋼有限公司）