本鋼370 MPa級(jí)高強(qiáng)IF鋼熱鍍鋅板生產(chǎn)工藝優(yōu)化

供稿|周宏偉，金月桂，王鯤鵬，李沈洋

本鋼370 MPa級(jí)高強(qiáng)IF鋼熱鍍鋅板生產(chǎn)工藝優(yōu)化

供稿|周宏偉，金月桂，王鯤鵬，李沈洋

本文介紹了本鋼370 MPa級(jí)深沖高強(qiáng)熱鍍鋅板生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化，根據(jù)強(qiáng)度和成形性能等要求，對(duì)化學(xué)成分和軋制工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究實(shí)際生產(chǎn)中化學(xué)成分的控制，熱軋、冷軋、連續(xù)退火及熱鍍鋅工序關(guān)鍵參數(shù)的控制要點(diǎn)，通過分析產(chǎn)品的微觀組織及各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后產(chǎn)品的力學(xué)性能和成形性能良好，應(yīng)用于變形較復(fù)雜的汽車高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件。

高強(qiáng)IF鋼又稱為深沖高強(qiáng)鋼，不僅具有較高的強(qiáng)度，而且有良好的深沖性能，其主要用途是汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)件以及車身覆蓋件，以達(dá)到零件減薄和提高抗凹陷性的目的[1]。

370 MPa級(jí)的高強(qiáng)IF鋼是目前應(yīng)用最廣泛，使用量最多的一類產(chǎn)品。本鋼370 MPa級(jí)高強(qiáng)IF鋼熱鍍鋅板的研發(fā)是結(jié)合其成形性能和強(qiáng)度的要求，成分、工藝的設(shè)計(jì)和控制主要根據(jù)固溶強(qiáng)化原理，同時(shí)結(jié)合了晶粒細(xì)化及析出強(qiáng)化機(jī)理，并在生產(chǎn)中對(duì)成分進(jìn)行微調(diào)，對(duì)熱軋及連續(xù)退火工藝逐步進(jìn)行優(yōu)化，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。

成分及工藝設(shè)計(jì)

成分設(shè)計(jì)

熱鍍鋅高強(qiáng)度IF鋼采用IF鋼為基體，C、N含量均控制在0.004%以下，對(duì)提高r值有利。微合金元素Nb、Ti含量對(duì)IF鋼的性能有重要的作用[2]，可以減少C、N的影響，從而達(dá)到提高產(chǎn)品的成形性能的目的。

提高強(qiáng)度的手段主要是在IF鋼中添加常用的固溶強(qiáng)化元素P、Mn 等[3]，由于P是一種成本較低但強(qiáng)化效果好的元素，兼顧成形性和較高強(qiáng)度的鋼板都離不開P，但二次加工脆性的問題是加P的IF鋼必須考慮的，一般通過加入B來解決。Mn提高同樣的強(qiáng)度所需的添加量較大，用Mn強(qiáng)化的IF鋼對(duì)二次加工脆性較不敏感，但是Mn含量過高，會(huì)使產(chǎn)品的延伸率和r值惡化，而且會(huì)使熱鍍鋅工序的難度加大，因此一般采用P和Mn復(fù)合添加的方式。

微合金化元素Nb、Ti的加入對(duì)提高強(qiáng)度有一定作用，一是其對(duì)基體晶粒有細(xì)化作用，二是Nb、Ti的化合物產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用[4]。

本鋼370 MPa級(jí)高強(qiáng)IF鋼采用Nb-Ti-IF鋼，P、Mn作為主要強(qiáng)化元素，并添加微量B。

熱連軋工藝

考慮到對(duì)最終產(chǎn)品性能和表面質(zhì)量的影響，熱連軋采用低溫加熱，加熱溫度的目標(biāo)值低于1200 ℃。

高溫終軋和軋后快冷可以使熱軋鋼板的晶粒均勻，可使最終產(chǎn)品形成有利織構(gòu)。結(jié)合實(shí)際，終軋溫度按高于AC3點(diǎn)10～20℃控制。

卷取溫度是熱軋工序的最關(guān)鍵參數(shù)，采用高溫卷取的，有利于第二相質(zhì)點(diǎn)的析出和基體晶粒的粗化，可提高深沖性能，但要避免高溫卷取對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量造成的不利影響。

冷軋壓下率

冷軋壓下率對(duì)r值有影響，按不同的產(chǎn)品規(guī)格采用較高的冷軋壓下率，但同時(shí)要考慮到軋機(jī)能力和板形等方面因素。

退火溫度

提高退火溫度，可使r值增大，但過高的溫度會(huì)造成晶粒長(zhǎng)大，減弱細(xì)晶強(qiáng)化效果。

為了獲得退火工藝與產(chǎn)品最終性能的良好匹配，進(jìn)行模擬退火實(shí)驗(yàn)，以初步確定退火溫度的控制范圍。

生產(chǎn)工藝優(yōu)化

優(yōu)化前產(chǎn)品性能

結(jié)合汽車廠的訂貨合同進(jìn)行了初期的試制生產(chǎn)，各項(xiàng)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，性能指標(biāo)見表1。

通過小批量用戶試驗(yàn)，產(chǎn)品基本滿足其使用要求，但個(gè)別批次出現(xiàn)沖壓廢品，結(jié)合用戶的建議，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

成分及工藝優(yōu)化

根據(jù)試制階段的關(guān)鍵工藝控制情況及其對(duì)產(chǎn)品性能的影響，對(duì)化學(xué)成分中的Mn、P含量以及熱軋卷取溫度、連續(xù)退火均熱段帶溫控制進(jìn)行調(diào)整，具體內(nèi)容見表2。

工藝優(yōu)化后，進(jìn)行了批量工業(yè)生產(chǎn)，與優(yōu)化前相比，產(chǎn)品強(qiáng)度降低10 MPa左右，延伸率及r值有所提升，見表3。

生產(chǎn)檢驗(yàn)結(jié)果及后續(xù)的用戶使用情況表明，優(yōu)化后的產(chǎn)品性能滿足汽車部件的使用需求。

表1 試制產(chǎn)品力學(xué)性能

表2 優(yōu)化項(xiàng)目

表3 優(yōu)化后力學(xué)性能

組織和性能

對(duì)工藝優(yōu)化后產(chǎn)品的組織和各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定。

金相組織

圖1為典型的金相組織照片。金相組織為均勻的鐵素體組織，晶粒度8～10級(jí)。

圖1 金相組織

基板織構(gòu)

織構(gòu)分析采用用X射線衍射儀，典型的ODF圖見圖2。

圖2 ODF圖

產(chǎn)品的｛111｝織構(gòu)極密度高，這類織構(gòu)有利于產(chǎn)品的沖壓成形。

二次加工脆性

高強(qiáng)IF鋼中，P在晶界的偏析使晶界斷裂更容易發(fā)生，在沖壓成形后的使用過程中存在受低溫沖擊而斷裂的危險(xiǎn)，稱為二次加工脆性，又稱冷加工脆性。

二次加工脆性的評(píng)定有多種試驗(yàn)分析方法，本鋼采用普遍應(yīng)用的沖杯法對(duì)這項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4，試驗(yàn)樣杯見圖3。

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 試驗(yàn)樣杯

初始溫度選擇為0 ℃，未出現(xiàn)裂紋，然后試驗(yàn)-10 ℃至-60 ℃，任何樣杯未出現(xiàn)裂紋，其二次加工脆性溫度在-60 ℃以下。

焊接性能

點(diǎn)焊試驗(yàn)委托美國(guó)EQS實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，采用不同的焊接電流和焊接時(shí)間，焊接后對(duì)焊縫處進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用GWS-5A，其焊接性能良好。

圖4 焊接試樣

產(chǎn)品應(yīng)用

本鋼370 MPa級(jí)高強(qiáng)IF鋼現(xiàn)已穩(wěn)定供給國(guó)內(nèi)外幾十家汽車制造企業(yè)，應(yīng)用于多種汽車結(jié)構(gòu)件的制造，圖5為某制件照片。

結(jié)論

（1）采用Nb、Ti復(fù)合IF鋼，主要強(qiáng)化元素P、Mn，并添加微量B解決二次加工脆性的問題，這種成分設(shè)計(jì)可滿足各項(xiàng)性能要求。

（2）通過適當(dāng)降低Mn、P含量，提高熱軋卷取溫度和連續(xù)退火均熱段帶溫的優(yōu)化措施，使強(qiáng)度降低10 MPa左右，延伸率及r值有所提升，提高了產(chǎn)品的沖壓成形性能。

圖5 汽車零件

（3）二次加工脆性及焊接性能指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足汽車部件的使用需求。

[1] 姚貴升, 景麗媛. 汽車用鋼應(yīng)用技術(shù). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007: 269

[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, Kenji MATSUZUKA, Yoshikuni FURUNO, etc. Effect of Alloying Elements and Annealing Cycles on Strengthening of Continuously Annealed Cold Rolled Sheet. Tetsu to Hagane, 1982, 68(9): 1378

[4] 于燕, 劉相華, 王華, 等. 汽車用高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)化機(jī)理研究. 汽車工藝與材料, 2006, (7): 12

Process Optimization of 370 MPa Hot Dip Galvanizing High Strength IF Steel Plates in BX Steel

/ ZHOU Hong-wei, JIN Yue-gui, WANG Kun-peng, LI Shen-yang

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.02.16

周宏偉（1974—），男，漢，碩士研究生，教授研究員級(jí)高級(jí)工程師。

本鋼集團(tuán)有限公司汽車板研發(fā)所，遼寧 本溪 117000