本鋼400 MPa熱鍍鋅烘烤硬化高強(qiáng)鋼研制開發(fā)

供稿|高洪剛，劉明輝，欒天陽

本鋼400 MPa熱鍍鋅烘烤硬化高強(qiáng)鋼研制開發(fā)

供稿|高洪剛，劉明輝，欒天陽

本文闡述了汽車用400 MPa級(jí)別熱鍍鋅烘烤硬化高強(qiáng)度鋼的研制開發(fā)意義和機(jī)理，總結(jié)了研制開發(fā)過程，對(duì)該鋼種化學(xué)成分、熱軋工藝、冷軋鍍鋅工藝等進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化，獲得了預(yù)期的產(chǎn)品力學(xué)性能，本鋼已正式商業(yè)化生產(chǎn)該產(chǎn)品。

烘烤硬化（BH）鋼兼具優(yōu)異的成形性能和良好的抗凹陷性能，是現(xiàn)代汽車面板的主要用料。與傳統(tǒng)汽車板相比，該鋼種沖壓成形后，經(jīng)過約170 ℃的高溫烘烤并保溫后，鋼板的屈服強(qiáng)度增加約30～60 MPa，屈服強(qiáng)度的增加使鋼板的抗凹陷性能提高，依據(jù)此特性稱為烘烤硬化鋼[1]。根據(jù)相關(guān)資料介紹，汽車油耗與整車質(zhì)量有關(guān)，汽車質(zhì)量每下降1%，油耗下降0.6%～1.0%。汽車輕量化是降低汽車排放的有效途徑，而采用高強(qiáng)鋼替代深沖鋼鋼板即可以保證汽車的汽車安全、性能，又降低了車身的重量，是汽車輕量化的主要技術(shù)手段[2]。還有采用BH 鋼板不僅對(duì)成形件的形狀穩(wěn)定性無影響，而且提高了零件的抗凹陷性，有利于汽車板薄壁化的實(shí)現(xiàn)，400 MPa級(jí)熱鍍鋅烘烤硬化鋼是目前BH鋼系列最高強(qiáng)度級(jí)別產(chǎn)品，為適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的需要，本鋼開展400 MPa熱鍍鋅烘烤硬化（BH）鋼研發(fā)。

研制過程

試驗(yàn)鋼成分設(shè)計(jì)

當(dāng)前汽車用超低碳（ELC）烘烤硬化鋼主要有兩種，分別為加Ti+Nb或單獨(dú)加Nb，試驗(yàn)鋼采用單獨(dú)加Nb元素，強(qiáng)化機(jī)理為固溶強(qiáng)化，為保證性能添加了Mn、P和少量Mo元素，Mo元素不僅提高強(qiáng)度，而且還具有改善其常溫時(shí)效性作用。試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（熔煉分析）見表1。

熱連軋工藝

熱軋?jiān)蠈?duì)烘烤硬化鋼最終成品組織性能有較大影響，在Nb處理的超低碳鋼中，添加Nb較低情況下，通常采用低的板坯加熱溫度，在保證奧氏體區(qū)軋制的前提下采用較低開軋溫度和終軋溫度，根據(jù)連續(xù)退火工藝特點(diǎn)，熱軋采用高溫卷取[3]。詳細(xì)試驗(yàn)鋼熱軋關(guān)鍵工藝要求見表2。熱軋金相組織以鐵素體為主，金相照片見圖1，熱軋機(jī)能見表3。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2 熱軋工藝

圖1 熱軋組織照片

表3 熱軋?jiān)蠙C(jī)能

冷軋及連續(xù)退火工藝

冷軋累計(jì)壓下率是深沖鋼最終成形性能有關(guān)鍵影響因素，隨冷軋壓下率增加變形儲(chǔ)存能不斷增大，大的變形儲(chǔ)能將促使有利織構(gòu){111}進(jìn)一步發(fā)展，保證成品具有良好的深沖性能。根據(jù)鋼種特點(diǎn)及熱軋、冷軋?jiān)O(shè)備實(shí)際情況，設(shè)計(jì)試驗(yàn)鋼采用75%的冷軋累計(jì)壓下率。

連續(xù)退火工藝是保證超低碳BH鋼成品性能的最重要因素，高溫退火有利于有利織構(gòu){111}的形成，提高深沖性能，同時(shí)為了獲得較好的烘烤硬化性能，退火后采用快速冷卻工藝，確保固溶C的析出，連續(xù)退火熱處理工藝示意圖見圖2。

圖2 熱處理工藝示意圖

試驗(yàn)結(jié)果

組織及性能檢測

在試驗(yàn)鋼成品板寬度1/4處取橫向拉伸試驗(yàn)樣，試樣加工按照 金屬材料拉伸試驗(yàn)GB/T228中P14試樣要求加工成A50試樣，采用Zwick/Roell電子拉伸機(jī)進(jìn)行性能檢測。金相組織及織構(gòu)檢驗(yàn)試樣，金相試樣沿板寬度方向1/4處截取，樣品通過打磨、拋光、酒精腐蝕，分別采用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀進(jìn)行組織和織構(gòu)分析。

試驗(yàn)鋼成品性能

試驗(yàn)鋼成品性能完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，強(qiáng)度波動(dòng)范圍較窄，在20 MPa以內(nèi)，烘烤硬化性能穩(wěn)定，詳細(xì)成品力學(xué)性能見表4。

產(chǎn)品顯微組織及織構(gòu)分析

成品金相組織以鐵素體為主，晶粒度為11.3級(jí)，成品的織構(gòu)以{111}＜110＞、{111}＜112＞有利織構(gòu)為主，從組織和纖維織構(gòu)看試驗(yàn)鋼具有良好的深沖性能，典型金相照片見圖3，ODF圖見圖4。

成品擴(kuò)孔與二次加工脆性檢驗(yàn)

試樣采用邊長為100 mm的正方形試樣，試樣中部沖制10 mm直徑的圓孔，在DUP600成型試驗(yàn)機(jī)上按照國標(biāo)GB/T 15825.4-2008要求進(jìn)行擴(kuò)孔試驗(yàn)，結(jié)果見表5。對(duì)成品進(jìn)行二次加工脆性檢驗(yàn)，-50 ℃未出現(xiàn)開裂，詳細(xì)結(jié)果見表6。從結(jié)果看試驗(yàn)鋼擴(kuò)孔性能和二次加工脆性優(yōu)良。

圖3 成品組織照片

表4 試驗(yàn)鋼力學(xué)性能

表5 擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)論

通過對(duì)試驗(yàn)鋼化學(xué)成分、熱軋工藝、冷軋、退火工藝等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，本鋼成功研制開發(fā)出400 MPa級(jí)別熱鍍鋅烘烤硬化高強(qiáng)鋼。試驗(yàn)鋼成品力學(xué)性能穩(wěn)定，烘烤硬化性能優(yōu)良，全部滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前本鋼已批量商業(yè)化生產(chǎn)此鋼種。

表6 二次加工脆性檢驗(yàn)

圖4 成品ODF圖

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

[2] 姚貴升. 采用烘烤硬化鋼板 （BH鋼） 改善汽車車身外表零件的抗凹陷性能. 寶鋼技術(shù), 2000, (4): 1

[3] 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

Development of 400MPa Galvanized Bake Hardening High Strength Steel in BX Steel

/ GAO Hong-gang, LIU Ming-hui, LUAN Tian-yang

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.02.19

本鋼板材股份有限公司產(chǎn)品研究院，遼寧 本溪 117000