本钢400 MPa热镀锌烘烤硬化高强钢研制开发

2015-12-05 06:39供稿高洪刚刘明辉栾天阳

金属世界 2015年2期

供稿|高洪刚，刘明辉，栾天阳

供稿|高洪刚，刘明辉，栾天阳

本文阐述了汽车用400 MPa级别热镀锌烘烤硬化高强度钢的研制开发意义和机理，总结了研制开发过程，对该钢种化学成分、热轧工艺、冷轧镀锌工艺等进行了合理设计和优化，获得了预期的产品力学性能，本钢已正式商业化生产该产品。

烘烤硬化（BH）钢兼具优异的成形性能和良好的抗凹陷性能，是现代汽车面板的主要用料。与传统汽车板相比，该钢种冲压成形后，经过约170 ℃的高温烘烤并保温后，钢板的屈服强度增加约30～60 MPa，屈服强度的增加使钢板的抗凹陷性能提高，依据此特性称为烘烤硬化钢[1]。根据相关资料介绍，汽车油耗与整车质量有关，汽车质量每下降1%，油耗下降0.6%～1.0%。汽车轻量化是降低汽车排放的有效途径，而采用高强钢替代深冲钢钢板即可以保证汽车的汽车安全、性能，又降低了车身的重量，是汽车轻量化的主要技术手段[2]。还有采用BH 钢板不仅对成形件的形状稳定性无影响，而且提高了零件的抗凹陷性，有利于汽车板薄壁化的实现，400 MPa级热镀锌烘烤硬化钢是目前BH钢系列最高强度级别产品，为适应汽车工业发展的需要，本钢开展400 MPa热镀锌烘烤硬化（BH）钢研发。

研制过程

试验钢成分设计

当前汽车用超低碳（ELC）烘烤硬化钢主要有两种，分别为加Ti+Nb或单独加Nb，试验钢采用单独加Nb元素，强化机理为固溶强化，为保证性能添加了Mn、P和少量Mo元素，Mo元素不仅提高强度，而且还具有改善其常温时效性作用。试验钢的化学成分（熔炼分析）见表1。

热连轧工艺

热轧原料对烘烤硬化钢最终成品组织性能有较大影响，在Nb处理的超低碳钢中，添加Nb较低情况下，通常采用低的板坯加热温度，在保证奥氏体区轧制的前提下采用较低开轧温度和终轧温度，根据连续退火工艺特点，热轧采用高温卷取[3]。详细试验钢热轧关键工艺要求见表2。热轧金相组织以铁素体为主，金相照片见图1，热轧机能见表3。

表1 试验钢的化学成分（质量分数）%

表2 热轧工艺

图1 热轧组织照片

表3 热轧原料机能

冷轧及连续退火工艺

冷轧累计压下率是深冲钢最终成形性能有关键影响因素，随冷轧压下率增加变形储存能不断增大，大的变形储能将促使有利织构{111}进一步发展，保证成品具有良好的深冲性能。根据钢种特点及热轧、冷轧设备实际情况，设计试验钢采用75%的冷轧累计压下率。

连续退火工艺是保证超低碳BH钢成品性能的最重要因素，高温退火有利于有利织构{111}的形成，提高深冲性能，同时为了获得较好的烘烤硬化性能，退火后采用快速冷却工艺，确保固溶C的析出，连续退火热处理工艺示意图见图2。

图2 热处理工艺示意图

试验结果

组织及性能检测

在试验钢成品板宽度1/4处取横向拉伸试验样，试样加工按照金属材料拉伸试验GB/T228中P14试样要求加工成A50试样，采用Zwick/Roell电子拉伸机进行性能检测。金相组织及织构检验试样，金相试样沿板宽度方向1/4处截取，样品通过打磨、抛光、酒精腐蚀，分别采用光学显微镜、X射线衍射仪进行组织和织构分析。

试验钢成品性能

试验钢成品性能完全满足相关标准要求，强度波动范围较窄，在20 MPa以内，烘烤硬化性能稳定，详细成品力学性能见表4。

产品显微组织及织构分析

成品金相组织以铁素体为主，晶粒度为11.3级，成品的织构以{111}＜110＞、{111}＜112＞有利织构为主，从组织和纤维织构看试验钢具有良好的深冲性能，典型金相照片见图3，ODF图见图4。

成品扩孔与二次加工脆性检验

试样采用边长为100 mm的正方形试样，试样中部冲制10 mm直径的圆孔，在DUP600成型试验机上按照国标GB/T 15825.4-2008要求进行扩孔试验，结果见表5。对成品进行二次加工脆性检验，-50 ℃未出现开裂，详细结果见表6。从结果看试验钢扩孔性能和二次加工脆性优良。