汽車用合金化鍍鋅44400MMPPaa級高強IIFF鋼的研發(fā)

440MPa 級高強 IF 鋼合金化鍍鋅產(chǎn)品是目前應(yīng)用在汽車車身上最高強度級別的 IF 鋼，不僅具有較高的強度、良好的深沖性能，并且具有合金化鍍鋅產(chǎn)品的優(yōu)點，焊接性、涂裝性優(yōu)良[1]。

本鋼 2009 年開始研發(fā)汽車用合金化鍍鋅 440 MPa級高強 IF 鋼，在本鋼浦項 1# 熱鍍鋅線生產(chǎn)，為滿足 440 MPa 級高強 IF 鋼的強度和成形性能要求，根據(jù)固溶強化、晶粒細化及析出強化機制進行成分、工藝的設(shè)計和控制，現(xiàn)已形成工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品具有優(yōu)良的力學(xué)性能、成形性能、表面質(zhì)量良好，應(yīng)用于轎車的橫梁、縱梁等要求深沖性能的高強結(jié)構(gòu)件。

關(guān)鍵工藝設(shè)計及控制

強化機制及成分設(shè)計

采用 IF 鋼為基體，C、N 含量盡量降低，對提高塑性應(yīng)變比 r 值有利。微合金元素 Nb、Ti 含量對 IF 鋼的性能有至關(guān)重要的影響[2]，合理的添加量可提高產(chǎn)品的成形性能。

高強度 IF 鋼主要通過在 IF 鋼中添加 P、Mn、Si 等固溶強化元素來提高強度，同時根據(jù)不同的成分及工藝設(shè)計，其他強化機制也起到了重要的作用。P、Mn、Si 是常用的固溶強化元素[3]；由于 P 是一種價格便宜而且強化能力大的元素，要求深沖性的高強度鋼板都離不開 P。但在 IF 鋼中添加 P 必須考慮冷加工脆性問題，通常需加入微量 B 來解決。Si 的強化能力僅次于 P，但其含量高會影響鍍層的附著性和表面質(zhì)量，故鍍鋅板一般不用 Si 作強化元素。Mn 提高同樣的強度所需的添加量較大，Mn 含量過高，會使延伸率和 r 值急劇下降，而且會影響鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量，但是用 Mn 強化的 IF 鋼對冷加工脆性較不敏感。因此高強 IF 鋼熱鍍鋅板中一般采用 P、Mn 復(fù)合添加的方式。

同時合金元素 Nb、Ti 的加入對基體晶粒有細化作用，Nb、Ti 與 C、N 的化合物產(chǎn)生析出強化作用[4]，這兩方面因素都對高強 IF 鋼強度的提高有一定作用。

另外研究表明[5]，超低碳鋼中添加少量 Cr 可使屈服點降低，抗拉強度提高，降低鋼板的屈強比，有利于沖壓成形。

根據(jù)以上的強化機制，本鋼種成分設(shè)計思路為采用 Nb-Ti-IF鋼，P、Mn 作為主要強化元素，適當添加少量 Cr 及微量 B。其中主要強化元素 P 含量按0.08%～0.10% 控制，Mn 含量按1.10%～1.30% 控制。

熱連軋關(guān)鍵工藝及控制

◆ 加熱溫度

綜合考慮對性能和表面質(zhì)量各種影響因素，加熱溫度按不高于 1210℃ 控制。

◆ 終軋溫度和卷取溫度

終軋溫度略高于 Ar3(鐵碳相圖中，冷卻時奧氏體開始析出游離鐵素體的溫度) 和終軋后立即快速冷卻，可以使熱軋鋼板中獲得均勻的晶粒，對冷軋退火后形成有利織構(gòu)有好處。綜合考慮，終軋溫度按高于 875℃ 控制。

卷取溫度的高低，直接影響到第二相質(zhì)點的析出和析出物的形態(tài)、大小、分布，卷取溫度越高越有利于第二相質(zhì)點的析出和晶粒粗化，有利于IF鋼深沖性能的提高，但高溫卷取使熱軋板晶粒較粗大，對產(chǎn)品強度產(chǎn)生影響，而且會影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。綜合考慮，卷取溫度按 660～690℃ 控制。

冷軋壓下率

高的冷軋壓下率對提高 r 值有利。因本鋼種強度較高，考慮到軋機能力和板形等方面因素，冷軋壓下率實際按 70% 左右控制。

連續(xù)退火溫度

隨著退火溫度的提高，r 值增大，但高溫退火會造成晶粒長大，不利于細晶強化效果。

通過模擬實驗，以獲得連續(xù)退火工藝與產(chǎn)品最終性能的最佳匹配。根據(jù)實驗室試驗及工業(yè)試驗結(jié)果，考慮到生產(chǎn)成本及對強度和沖壓性能的要求，確定退火溫度按 790～810℃ 控制。

組織和性能

金相組織

金相組織為均勻的鐵素體，平均晶粒直徑11～18 μm，晶粒度 8.5～9.5 級。圖1 為典型的金相組織照片。

晶粒度比普通 IF 鋼產(chǎn)品高 1～2 級，可起到一定的細晶強化效果。

圖1 金相組織

圖2 析出物形貌

析出物的 TEM 觀察

通過 TEM (透射電子顯微鏡 Transmission electron microscope，縮寫 TEM) 觀察析出物的形貌，析出顆粒尺寸 10～120 nm，見圖2。經(jīng)能譜分析，主要含有 C、N、Nb、Ti 元素，其中細小的析出物對提高鋼板強度有一定貢獻。

鋼基織構(gòu)

用 X 射線衍射儀進行織構(gòu)分析，圖3 為典型的ODF (用三維取向分布函數(shù)表示織構(gòu)的方法) 圖。

產(chǎn)品的{111}織構(gòu)極密度較高，這種織構(gòu)對產(chǎn)品的沖壓成形有利，可使鋼板獲得良好的深沖性能。

圖3 ODF 圖

力學(xué)性能

表1 列出了產(chǎn)品的力學(xué)性能生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，強度達到 440 MPa 級產(chǎn)品要求，且具有較高的延伸率。

成形性能

表2列出了成形性能檢驗結(jié)果，產(chǎn)品具有較高的 n 值 (應(yīng)變硬化指數(shù)) 和 r 值。

表1 力學(xué)性能

表2 成形性能

產(chǎn)品應(yīng)用

本鋼 440 MPa 級高強 IF 鋼合金化鍍鋅產(chǎn)品現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)，穩(wěn)定供給汽車制造企業(yè)，應(yīng)用于轎車的橫梁、縱梁等要求深沖性能的高強結(jié)構(gòu)件，滿足用戶的使用要求。

結(jié)論

1) 采用 Nb-Ti-IF 鋼，P、Mn 作為主要強化元素，適當添加少量 Cr 及微量 B 的成分設(shè)計可滿足 440 MPa 級高強 IF 鋼合金化鍍鋅產(chǎn)品的性能要求。

2) 高于 875℃ 的終軋溫度、660～690℃ 的卷取溫度、70% 的冷軋壓下率及 790～810℃ 的退火溫度等關(guān)鍵工藝設(shè)計合理。

3) 微觀組織觀察表明，除 P、Mn 元素的固溶強化作用外，Nb、Ti 元素起到了晶粒細化及析出強化效果。

[1]Rolf Brisberger, Werner Bechem, Lutz Leyhe. 影響合金化熱鍍鋅鋼板質(zhì)量的生產(chǎn)工藝參數(shù). 世界鋼鐵，2002, 2(6):46

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

[3]Nobuyuki Takahashi, etc. Effect of Alloying Elements and Annealing Cycles on Strengthening of Continuously Annealed Cold Rolled Sheet. Tetsu to Hagane, 1982, 68:252.

[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.

[5]高宏適. Cr對超低碳冷軋鋼板屈服強度的影響. 世界金屬導(dǎo)報,2010-07-13(12).