DP1180和QP1180鋼組織與力學(xué)性能的比較

唐帆

（華電曹妃甸重工裝備有限公司，河北唐山063210）

近年來，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，汽車的發(fā)展方向集中在節(jié)能、減排、降重和提高安全性。通過增強(qiáng)汽車構(gòu)件強(qiáng)度與性能提高安全指數(shù)，通過減輕車重降低油耗、節(jié)約能源與資源并利于環(huán)保已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)。幾十年來，汽車企業(yè)一直致力于優(yōu)化汽車用鋼的性能、成本與資源。目前汽車用高強(qiáng)鋼占整車身的比例已達(dá)60%，在這種趨勢(shì)下，先進(jìn)高強(qiáng)鋼成為汽車行業(yè)首選。

DP（Dual Phase）鋼是第一代汽車用鋼，是汽車用鋼的一大進(jìn)步，DP鋼具有強(qiáng)度高、延展性好和高應(yīng)變硬化優(yōu)良的特點(diǎn)，正是由于這些特點(diǎn)集于一身，保證DP鋼具有非凡的性能，不僅提高了汽車遭受撞擊的安全性，還實(shí)現(xiàn)了減輕車重的目的。

QP（Quenching and Partitioning）鋼是第三代汽車用鋼，QP鋼的設(shè)計(jì)生產(chǎn)從資源、環(huán)境和成本角度出發(fā)，更加注重的是可循環(huán)及環(huán)保制造等，即低合金含量的成分簡(jiǎn)單化、高強(qiáng)韌性的結(jié)構(gòu)輕量化，同時(shí)更加注重通過精細(xì)的工藝控制與組織調(diào)控獲得高強(qiáng)韌性能力。本文對(duì)DP1180鋼和QP1180鋼組織與力學(xué)性能進(jìn)行比較分析。

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料采用厚度δ=2 mm的DP1180鋼和QP1180鋼，試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分如表1所示。

表1 試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分(wt.%)

首先將試樣切割為20 mm×10 mm×2 mm，沿軋制方向側(cè)面進(jìn)行取樣，然后沿軋制方向?qū)⒃嚇予偳丁⒀心?、拋光，?%的硝酸酒精浸蝕吹干，在型號(hào)為4XB的光學(xué)顯微鏡下觀察試驗(yàn)鋼的顯微組織。

拉伸試驗(yàn)環(huán)境為空氣，溫度為室溫，應(yīng)變速率為1×10-3s-1。試驗(yàn)設(shè)備為WAW-600萬能試驗(yàn)機(jī)。試樣加工尺寸參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》，試樣標(biāo)距段長(zhǎng)80 mm，試樣表面要求打磨到800#砂紙。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

如圖1所示，（a）為DP1180鋼的顯微組織，從圖中可以看到其組織主要為馬氏體（M）和鐵素體（F），其中灰色區(qū)域?yàn)轳R氏體組織，白色多邊形區(qū)域?yàn)殍F素體組織。F為基體相，島狀M分布于其上。(b)為QP1180鋼的顯微組織，從圖中可以看到其組織主要為馬氏體（M）、鐵素體（F）和極少量殘余奧氏體（Ar），圖中的白色多邊形區(qū)域?yàn)殍F素體組織。

圖1 試驗(yàn)鋼顯微組織

DP1180和QP1180鋼拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，在空氣中1×10-3s-1應(yīng)變速率下DP1180和QP1180鋼力學(xué)性能基本接近，DP1180鋼的抗拉強(qiáng)度（1 180 MPa）和屈服強(qiáng)度（1 012 MPa）稍高于QP1180鋼，但QP1180鋼斷后伸長(zhǎng)率（6.6%）要高于DP1180鋼。這說明QP1180鋼的強(qiáng)度和DP1180鋼的強(qiáng)度基本接近，但其塑性要明顯好于DP1180鋼，這是由于QP1180鋼組織中存在著少量殘余奧氏體（AR），殘余奧氏體（AR）可以改善試驗(yàn)鋼的塑性。

表2 DP1180和QP1180鋼拉伸試驗(yàn)結(jié)果

此外，從表2中還可以發(fā)現(xiàn)QP1180鋼斷裂時(shí)間要大于DP1180鋼，這是由于QP1180鋼斷裂后伸長(zhǎng)率更高一些，拉伸時(shí)間會(huì)隨著增加。拉伸前后的試樣實(shí)物照片如圖2所示。

圖2 拉伸前后的試樣實(shí)物

DP1180鋼和QP1180鋼中都有F和M，F(xiàn)為基體相，M以島狀的形式分布于其上，通常體積分?jǐn)?shù)小于20%。當(dāng)鋼遭到撞擊發(fā)生塑性變形時(shí)，M會(huì)發(fā)生相變，這將會(huì)激活在F/M界面上大量的可移動(dòng)的位錯(cuò)，隨后發(fā)生滑移，因此在宏觀角度上體現(xiàn)出來的就是在低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生了屈服。DP1180鋼在生產(chǎn)過程中需要分步冷卻，第一階段冷卻速度較慢，DP1180鋼中F中的碳原子（C）可以充分向奧氏體（A）中擴(kuò)散，在獲得穩(wěn)定A的同時(shí)，還得到了純凈的F。由此可知，當(dāng)位錯(cuò)在F中滑移時(shí)，沒有遇到碳化物釘扎作用的阻攔，因此，從宏觀上體現(xiàn)出了連續(xù)屈服現(xiàn)象。隨著塑性變形繼續(xù)增加，F(xiàn)內(nèi)部位錯(cuò)密度急劇增多，集中在F/M界面上并產(chǎn)生塞積，同時(shí)導(dǎo)致應(yīng)力持續(xù)增加，當(dāng)M受到應(yīng)力值達(dá)到其屈服極限時(shí)，M將會(huì)發(fā)生塑性變形，由于M發(fā)生塑性變形會(huì)緩解相界面上的應(yīng)力集中；但當(dāng)相界面上的位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中M變形方向不一致時(shí)，會(huì)在相界面上出現(xiàn)空穴，該空穴將成為位錯(cuò)的“陷阱”，也會(huì)降低應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，DP1180鋼和QP1180鋼具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。QP1180鋼在生產(chǎn)中進(jìn)行淬火處理，再在Ms-Mf之間一定溫度等溫處理，造成C由M分配至Ar，這將會(huì)使Ar更加穩(wěn)定，有效提高了鋼的塑韌性，所以QP1180鋼具有優(yōu)良的伸長(zhǎng)率。

3 結(jié)論

第一，DP1180鋼的顯微組織主要為馬氏體（M）和鐵素體（F）；QP1180鋼的顯微組織主要是馬氏體（M）、鐵素體（F）和極少量殘余奧氏體（AR）。

第二，在空氣中1×10-3s-1應(yīng)變速率下DP1180和QP1180鋼的斷裂時(shí)間增加，延伸率也增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度幾乎相同。

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