汽車用薄鋼板工藝及特性(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上汽車用薄鋼板工藝及特性作者：中信微合金化技術(shù)中心 孟繁茂1 前言 環(huán)境保護(hù)要求汽車降低CO2排放量盡可能的減小，要求減輕車體重量。在確保安全的條件下減重，必然要發(fā)展高強(qiáng)度鋼板。車體的剛度只靠鋼的強(qiáng)度是不行的，還需要改進(jìn)車體部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用補(bǔ)強(qiáng)材料。乘用四門車要求安全而且美觀，因而對(duì)鋼的成型性、耐撞擊抗變形性、吸收撞擊功能要高。眾所周知，強(qiáng)度提高則加工困難。以上種種因素促成汽車用板材的發(fā)展，并且使其取得很大進(jìn)步。 表1和表2分別列出日本JIS標(biāo)準(zhǔn)的冷軋帶鋼和熱軋帶鋼，強(qiáng)度從270MPa到1180MPa。大體上說(shuō)汽車內(nèi)外板用鋼有如下幾種：（1）普通低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼；（2）以

2、Nb、Ti為碳氮化物形成元素的細(xì)化晶粒鋼和沉淀強(qiáng)化鋼；（3）鐵素體基上彌散分布的馬氏體復(fù)相組織強(qiáng)化的雙相鋼；（4）利用殘余奧氏體產(chǎn)生高延性的TRIP鋼（相變誘導(dǎo)）；（5）Nb、Ti固定超低碳（C20ppm）的IF鋼，是具有高r值的強(qiáng)化型IF鋼。 表1 冷軋帶鋼 用熱軋板代替冷軋板時(shí)，板厚精度和材質(zhì)的均勻性是重要因素。例如評(píng)價(jià)成型性因素之一的反彈性，它受板厚度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等的影響，它們的均勻性對(duì)控制反彈性是有利的。 表2 熱軋帶鋼 表3列出鍍鋅鋼帶的強(qiáng)度級(jí)別牌號(hào)以及特性。 表3 鍍鋅鋼帶 2 汽車內(nèi)外板的特性及其工藝方法 2.1 成型性 鋼材成型性方式大致分為深沖、卷邊、形狀匹配以及壓延

3、性等，每種成型性都有其相應(yīng)的特性要求，它們與屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，延伸率， n值，r值的密切相關(guān)，如r值對(duì)深沖，卷邊性有效，屈服強(qiáng)度對(duì)形狀匹配特別有效。各種成型性和材料特性的關(guān)系如表4。 表4 機(jī)械性能同成型性的關(guān)系 （有效 無(wú)效）2.2抗起皺性 對(duì)汽車外面板，成型后“起皺”是非常討厭的?？埂捌鸢櫋背蔀橥獍宓臉O重要特性，它與沖壓件的原板厚度和屈服強(qiáng)度有依從關(guān)系。維持沖壓件表面圓滑，鋼板的高強(qiáng)度而壁的減薄需要高的屈強(qiáng)比，這樣的鋼板才能在沖壓成型時(shí)減少起皺缺陷的發(fā)生。作為技術(shù)措施，開發(fā)了具有應(yīng)變時(shí)效硬化現(xiàn)象的烘烤硬化型IF鋼，也稱BH鋼。 塑性各向異性高度發(fā)展的IF鋼，經(jīng)過(guò)在強(qiáng)度方面的研發(fā)成為BH鋼

4、。典型IF鋼沖壓成形性極好，但屈服強(qiáng)度極低，容易產(chǎn)生“皺紋”。BH鋼采用較高溫度（例830），低于Ac3點(diǎn)，稍高于NbCNb+C溶解反應(yīng)的溫度進(jìn)行退火使NbC部分溶解，這樣的鋼既具備高深沖性，又有適量的固溶C提供烘烤時(shí)效硬化。固溶C、N量太少時(shí)不足以產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效硬化和烘烤硬化，太多時(shí)會(huì)降低r值。因此控制得當(dāng)是關(guān)鍵。熱軋母板時(shí)，NbC已完全固定了固溶C。在冷軋后連續(xù)退火時(shí)既使111織構(gòu)組織高度發(fā)展，又有部分NbC溶解，產(chǎn)生一定量的殘余C、N。這是340MPa級(jí)IF兼BH性鋼板的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)。 最新研究報(bào)告采用較高C，過(guò)量Nb/C比（化學(xué)比）生產(chǎn)高強(qiáng)度IF鋼。利用過(guò)剩Nb強(qiáng)化晶界而提高鋼的強(qiáng)韌性。

5、 2.3 焊接性能 車體裝配多采用高效率點(diǎn)焊，不僅要求焊縫強(qiáng)度而且要求不發(fā)生點(diǎn)內(nèi)斷裂。決定因素之一是按鋼中P、S、C、Si、Mn等計(jì)算的Ceq。特別是S，必須盡量降低。其它元素是鋼成分設(shè)計(jì)實(shí)行周密調(diào)控。 極低碳的鋼應(yīng)用廣泛，特別是IF鋼。焊縫疲勞性能和化學(xué)成分、機(jī)械性能見表5。 表5 實(shí)用鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能 Ti-Nb-B鋼的疲勞強(qiáng)度最好，不論是交變應(yīng)力還是扭轉(zhuǎn)應(yīng)力都高于其它3種鋼。其次是Nb-Ti鋼，只加Ti的鋼明顯不好，HAZ組織顯著粗大，強(qiáng)度低。 電阻焊時(shí)由于C量高，會(huì)引起焊縫區(qū)淬硬而性能劣化。特別是M+F雙相鋼，相變產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)降低疲勞性能。 不同厚度不同強(qiáng)度鋼板接合的部件在沖

6、壓成形前廣泛使用激光焊，它對(duì)HAZ影響較少，可以達(dá)到高精度。 此外，也使用機(jī)械接合法。諸多的連接法也促進(jìn)了鋼板的多樣性的發(fā)展。 2.4 涂鍍性 高強(qiáng)度的應(yīng)用主要是為減少厚度，這意味著還要提高抗腐蝕性。在嚴(yán)重腐蝕的環(huán)境下，提高耐蝕性也是重要課題。極低碳鋼加P、Cu可提高耐蝕性。更高要求的部件要使用鍍鋅板。鍍鋅板分電鍍鋅和合金化鍍鋅兩種。 鍍鋅過(guò)程是連續(xù)的，在約550停留一定時(shí)間，這就要求鋼的性能對(duì)此不敏感才好，所以極低碳鋼對(duì)此有利。另外鋼中Si、Mn比鐵容易氧化成氧化物，它有害于Fe-Zn反應(yīng)，產(chǎn)生缺陷，鋼中P推遲Zn的合金化，有礙鍍層質(zhì)量。 2.5 強(qiáng)化機(jī)制 （1） 固溶強(qiáng)化 由于合金化鍍鋅板

7、對(duì)Si、Mn、P有上限要求，所以固溶強(qiáng)化Si、Mn、P的使用有上限限制。 （2）析出強(qiáng)化 作為析出強(qiáng)化元素Nb、Ti、V，它們的最佳使用量的絕對(duì)值很小，對(duì)鍍鋅層的質(zhì)量無(wú)影響。析出強(qiáng)化鋼的彎曲加工，卷邊性都很優(yōu)越，可以說(shuō)是該類鋼特長(zhǎng)。 （3）相變組織強(qiáng)化 所謂相變組織強(qiáng)化在汽車板中就是復(fù)合組織強(qiáng)化。母相是柔軟的鐵素體，硬相是馬氏體或貝茵體以及殘余奧氏體。 以馬氏體為主的第二相，馬氏體-鐵素體雙相鋼，從微觀上看馬氏體是應(yīng)變不均勻的起因，因而導(dǎo)致良好的延伸特性，特別是均勻延伸性能更好。這是雙相鋼的超塑性在常溫下的行為。如果含有殘奧會(huì)更好。會(huì)產(chǎn)生PRIP現(xiàn)象。馬氏體的存在降低屈服強(qiáng)度，對(duì)彎曲半徑大的成

8、形，對(duì)形狀固定有利，即反彈性小。貝茵體含量多時(shí)，局部延伸性好，對(duì)卷邊性的加工有改善作用。 總之，適當(dāng)控制軟相基體中彌散分布的第二相、第三相，就會(huì)取得各種特性。 （4）烤漆硬化 此即為應(yīng)變時(shí)效硬化，極低碳鋼對(duì)加熱曲線不敏感，對(duì)烤漆硬化有利。 表6該出440MPa以內(nèi)的內(nèi)外板的性能。 表6 成形用鋼板樣品的機(jī)械性能 BH(烘烤硬化) : 2%預(yù)應(yīng)變170C20min時(shí)效3、超高r值鋼板生產(chǎn)技術(shù)與成形性 用以往的方法生產(chǎn)的用于深沖成形的冷軋板，r值最高達(dá)到2.4。調(diào)整成分的Ti-Nb復(fù)合IF鋼冷軋退火后111再結(jié)晶織構(gòu)組織發(fā)達(dá)，r值達(dá)到3.0。其生產(chǎn)工藝要點(diǎn)是在區(qū)下部溫度初軋，在區(qū)上部溫度精軋，為防

9、止垂直板面方向的不均勻變形，熱軋時(shí)加強(qiáng)潤(rùn)滑，這樣熱軋母板的再結(jié)晶111織構(gòu)組織發(fā)達(dá)。 直角筒狀深沖成形高r值是有效。防止深沖件側(cè)面裂紋，r值越大越好。 以上主要敘述日本汽車內(nèi)外板用薄鋼板情況。 3.1 高強(qiáng)度薄鋼板的特征 （1）高強(qiáng)度及其強(qiáng)化機(jī)理 表7列出了TS440MPa級(jí)到1180MPa級(jí)各類鋼標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)及強(qiáng)化機(jī)理。 作為高強(qiáng)化的強(qiáng)化方法有：Si Mn P的固溶強(qiáng)化；Ti Nb等的碳氮化物的析出強(qiáng)化；細(xì)化晶粒強(qiáng)化；鋼中硬質(zhì)相馬氏體或貝茵體相變強(qiáng)化；加工位錯(cuò)強(qiáng)化。其中鈮的應(yīng)用受到廣泛重視，鈮是沉淀強(qiáng)化、細(xì)化晶粒強(qiáng)化、相變強(qiáng)化高強(qiáng)度高韌性汽車薄板不可缺少的元素。 作為沖壓成形性的典型指標(biāo)之一是拉

10、伸試驗(yàn)的總延伸率，它與不同強(qiáng)化機(jī)制的高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度之間存在關(guān)系?？傮w上是隨強(qiáng)度的提高總延伸率下降。雙相鋼的強(qiáng)度高，總延伸率也高；均勻組織鋼強(qiáng)度較低，總延伸率高。百分之幾的殘余貝氏體引起PRIP現(xiàn)象導(dǎo)致總延伸率的提高，最適于脹型成形，已得到應(yīng)用。 另一個(gè)典型的加工性能指標(biāo)是拉伸卷邊性，它用擴(kuò)孔率表示。590MPa級(jí)鋼的擴(kuò)孔率TS和總延伸ElTS之間的關(guān)系表明：不同組織的鋼加工性能是不同的，細(xì)晶粒鋼的加工性能最好。 （2）組織與加工性 一般來(lái)說(shuō)，同一硬度的組織（單相組織）對(duì)提高卷邊性能最有效，若是雙相鋼，兩相硬度差小的卷邊性能好。相反，沉淀硬化型的雙相鋼中軟質(zhì)的鐵素體相由TiC強(qiáng)化后拉伸卷邊性得到提

11、高。特別780MPa級(jí)析出硬化型雙相鋼，具有高疲勞性能、優(yōu)越的卷邊性和高擴(kuò)孔率，用作超高強(qiáng)度輕量化的車輪。 局部變形和均勻變形性都優(yōu)越的理想的高加工性能鋼，宏觀上均勻的硬化組織而微觀上不均勻的硬化組織是所希望的，其硬質(zhì)相（馬、貝、殘奧）不被析出硬化而且最好是彌散分布。利用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶獲得的微細(xì)化晶粒組織，均勻延伸率不下降，卷邊性能顯著提高。 利用應(yīng)變時(shí)效硬化，開發(fā)了440MPa級(jí)熱軋板，涂漆烘烤硬化后其抗撞擊性與590MPa鋼相當(dāng)。 3.2 高速變形特性與撞擊功吸收特性 帽形抗沖擊試驗(yàn)指出變形速度越高，高強(qiáng)度鋼吸收撞擊能越大。反之，撞擊速度越小，低強(qiáng)度鋼吸收撞擊能量越大。拉伸試驗(yàn)指出變形時(shí)，鋼的

12、TS和YS都隨變形速度的增高而增高。雙相鋼晶界和相界都是吸收功的“地方”，所以雙相鋼具有更好的抗撞擊能力。 3.3 高強(qiáng)度鋼的成形性 表7 日本鋼鐵協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和川歧公司生產(chǎn)的各類高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)化機(jī)理 高強(qiáng)度鋼板的沖壓成形存在很多問(wèn)題。由于屈服點(diǎn)的升高，對(duì)表面起皺、面變形等表面質(zhì)量和尺寸精度帶來(lái)很大的不利影響；由于延伸率的下降引起鼓脹成形性、拉伸卷邊性、彎曲性能下降。因此，高強(qiáng)度鋼板的裂紋、微小的表面性狀不良、沖壓件反彈、翹曲、形狀固定性不良等都是高強(qiáng)度成形時(shí)的大問(wèn)題。 關(guān)于形狀穩(wěn)定性（Fixabilities）預(yù)先評(píng)定是用直角圓柱形沖壓件底部反彈角和立壁翹曲率表示。兩者的值越大成形性越不好。它們與鋼的YS和TS有關(guān)。對(duì)極低碳IF鋼，TS 440 MPa級(jí)固溶強(qiáng)化鋼，TS 590 MPa級(jí)固溶強(qiáng)化鋼，TS 590 MPa級(jí)雙相鋼，TS 780 MPa級(jí)析出強(qiáng)化鋼共5個(gè)強(qiáng)度水平的鋼種，研究了強(qiáng)度和彎曲半徑對(duì)成形穩(wěn)