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神户制钢汽车用高强度钢板的开发
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-04-02
神户制钢公司找出了优化钢中化学成分，尤其是减少C量，而且能实现高强度的最佳成分设计方法。应用这一方法，开发了具有良好焊接性能、低C系780、980MPa级冷轧钢板和GA钢板，并已开始商业化生产。
前言
随着高强度钢板在汽车零部件应用范围的扩大，随之对钢板加工性的要求也越来越高。尤其是，近年来钢板的高强度化技术迅速发展，除了以往要求的强度－延伸特性外，还要求具有高的延伸凸缘性。对此，神户制钢公司开发了具有强度、延伸特性和延伸凸缘性的980MPa级冷轧钢板。为使组织控制技术比普通钢进一步提高，确保获得高延伸率所需的铁素体相的数量，提高延伸凸缘性，通过添加铁素体的固溶强化元素和重新认识马氏体的回火温度，减小两相的硬度之差，开发了具有很高加工性能的钢板，其延伸率和延伸凸缘性比普通钢的好。
为扩大高强度钢板的应用，除了要求其强度－加工性平衡良好外，还必须满足各种特性。其中最重要的特性之一是焊接性。为提高钢铁材料的强度，一般需要使用大量的合金元素，因此随着强度的提高，钢中的化学成分会增加，焊接性会变差。对此，神户制钢公司找出了优化钢中化学成分，尤其是减少C量，而且能实现高强度的最佳成分设计方法。应用这一方法，开发了具有良好焊接性能、低C系780、980MPa级冷轧钢板和GA钢板，并已开始商业化生产。
1 980MPa级合金化热镀锌钢板
作为低屈服比型合金化热镀锌钢板。神户制钢公司以前已开发了590MPa级和780MPa级GA钢板。作为其设计概念，为确保汽车用钢板所要求的成形性和焊接性，因此采用低合金成分获得铁素体＋马氏体复合组织的思想已成为共同的设计概念，并在此基础上进行了技术确立。在将钢板的强度提高到980MPa级时，也是基于这种思想进行最佳成分系的设计。既能确保延性，又能提高强度的设计思想如下：
1）虽然Mn作为固溶强化元素是有效的，但为确保铁素体相的延性，应尽量少添加。
2）Cr和Mo是提高淬火性的元素，有助于增加马氏体相的体积百分率。另外，C有助于提高马氏体相的硬度。但是，任何一种元素如果过分添加会导致焊接性的下降，因此应复合添加能提高强度所需的量。
由于开发钢是按照上述成分进行设计，因此即使批量生产，也能获得稳定的特性。
开发钢具有高的延伸特性，不亚于冷轧钢板。开发钢的成形极限曲线与冷轧钢板的基本相同。将钢板制成直径50mm的圆筒凸模（圆筒凸模＝10mm），对凸肚成形时的极限深冲系数进行了对比，结果表明开发钢的压制成形载荷低，与GA780MPa级钢板基本相同，深冲系数与冷轧钢板基本相同。
对开发钢的焊接性和冷轧钢板的焊接性进行了比较。通过改变焊接电流值，对板厚为1.4mm的各种试验钢板进行了焊接试验。调查了焊接接头的剪切抗拉强度和断裂后测定的熔核直径的关系，结果可知开发钢的熔核断裂临界直径比冷轧钢板的大。另外，在发生熔核断裂时，接头强度大大超过了JIS标准。十字形拉力强度的断裂形式受化学成分的影响大，即使母材强度增加，在发生熔核内部断裂和剥落断裂的情况下，有时强度也没有发生变化。开发钢从低电流区域就确保十分的强度，熔核内部几乎没有发生断裂，直到高电流值才发生熔核断裂。另外，在断裂传播超前，强度与电流值一起升高，两者之间看不到有大的强度偏差。与冷轧钢板相比，开发钢从熔核断裂后到断裂传播前的电流值范围大。可以认为这是因为将高强度化所需添加元素的增加量被抑制到最小的成分设计发挥效果所致。在发生断裂传播以后的高电流区域，由于强度波动大，因此应设定最佳电流值。
对开发钢进行了弯曲加工，将其制作成帽形抗压试验材料，调查了抗压特性。试验材料点焊的打点间隔为50mm。轴向抗压试验用零件的轴向长度为300mm，3点弯曲抗压试验用零件的轴向长度为1000mm。将重锤从一定高度落下进行试验。采用试验材料下方的负荷传感器测定冲击载荷，采用激光位移计测定位移输出功率。根据载荷－位移曲线求出在位移50mm之前的吸收能。结果可知，随着抗拉强度的提高，吸收能会增加，有助于提高零部件的强度。
2 超细晶组织型超高强度冷轧钢板
在汽车用冷轧钢板中，如减震器和车门防撞桁条等已开始采用强度超过980MPa级的超高强度钢板。最近，与碰撞安全性有关的法规得到了加强，超高强度材料开始应用于汽车车身零部件。在超高强度钢板应用扩大的同时，热冲压和高频加热等热处理技术也开始应用于超高强度零部件。在应用超高强度钢板时，耐延迟断裂特性成为了一个课题。随着强度的提高，延迟断裂敏感性也提高，当抗拉强度提高到1180MPa以上时，延迟断裂敏感性会迅速提高，容易发生延迟断裂。
使用具有双相（DP）组织的1470MPa级钢板作为比较钢板。开发钢的延伸特性比相同强度的DP钢高1.5倍左右。关于局部变形特性，采用V弯曲试验方法，弯曲方向为与轧制方向成直角的方向进行试验，弯曲角度为60°和90°，弯曲半径在1～5mm范围内变化。V弯曲试验表明，与DP钢相比，开发钢可弯曲加工到更小的弯曲半径。该开发钢弯曲加工性比DP钢好的原因是，母相为无碳化物且均匀的无碳贝氏体相占大半部分，及残留奥氏体在条状组织中均匀微细弥散，使变形不会集中，不容易产生会导致龟裂起源的大的缩孔。
钢板的耐延迟断裂特性不仅与强度有关，而且与化学成分和显微组织有关。为改善钢板的耐延迟断裂特性，已提出了各种方法。另外，在实际零部件中，由于受到某种加工，因此除了钢板的化学成分和强度外，加工的程度、残留应力，尤其是在实际使用状态下的腐蚀环境成为了影响耐延迟断裂特性的重要因素。采用将U形弯曲的材料放在盐酸中浸渍的方法来评价耐延迟断裂特性。即，将长条状试样，以10mm、15mm的弯曲半径，按照与轧制方向成直角的方向进行了弯曲加工，在脱模后一面用应变仪确认弯曲部的应力值，一面用螺栓夹紧，并施以1000～2000MPa的应力。浸渍盐酸的浓度为5%，调查了浸渍48h后有无裂纹的发生。与相同强度的DP钢相比，开发钢即使弯曲到很小，即使残留应力很高，长时间浸渍后也不容易发生裂纹，表明具有非常好的耐延迟断裂特性。如前所述的那样，可以认为这是因为开发钢的母相为无碳化物的无碳贝氏体，及残留奥氏体相微细弥散后发挥了吸氢效果所致。
3 结束语
在有关防碰撞安全性的法规得到了加强的进程中，进一步开发降低车身重量的技术，扩大高强度钢板的应用变得越来越重要。今后应积极推进能满足汽车制造商和零部件制造商。
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