980MPa级先进高强钢的发展

选用轻量化汽车材料时应综合考虑材料的性能、质量和成本。目前,先进高强钢被广泛用于汽车工业。先进高强钢有双相钢、相变诱导塑性钢、马氏体钢、复相钢、淬火-配分钢、DH钢等。综述了980 MPa及以上高强钢的分类和主要钢种,汽车用高强钢的化学成分、显微组织、力学性能和使用性能,并结合实际零件的制造过程对这些高强钢的焊接和成形性能作了较深入的探讨,简述了其发展现状和研究进展。

汽车用先进高强钢本构模型与韧性断裂模型研究进展

轻量化是当前汽车行业全产业链共同面对的课题,提高先进高强钢使用比例是实现汽车轻量化的有效手段。对先进高强钢本构模型与韧性断裂模型的充分研究有助于提高先进高强钢开裂分析和预测的准确性,从而推动先进高强钢工程的应用进程。目前,在先进高强钢的研究过程中,学者们通常通过多种应变强化模型的线性组合,或结合微观结构与宏观力学行为进行多尺度分析来建立本构模型;通过多种应力状态下的准静态拉伸实验以及使用仿真与实验混合的方法来标定韧性断裂模型的参数。以第三代先进高强钢中的淬火配分(QP)钢为重点讨论对象,介绍了制备工艺与材料特性及其相关研究进展,并介绍了QP钢本构模型的研究现状、新近发展的非耦合韧性断裂模型以及考虑了应力三轴度和罗德角参数影响的韧性断裂模型在先进高强钢上的应用现状,最后指出了先进高强钢本构模型和韧性断裂模型未来的研究方向。

烘烤对980MPa先进高强钢RSW接头性能的影响

以DP980-DP980,DP980-QP980和QP980-QP980焊接组合在5√t熔核直径条件下的电阻点焊接头为研究对象,通过170℃保温20 min的烘烤处理,对接头进行拉剪试验、十字拉伸试验、扫描电镜观察及显微硬度测试等,分析了烘烤对980 MPa先进高强钢RSW接头性能的影响。结果表明,烘烤使各组合的抗拉剪峰值载荷进一步提升,接头吸收能量提升均超过10%;在十字拉伸方面,3种组合接头在烘烤后具有相近的能量吸收,对于DP980-QP980和QP980-QP980接头,烘烤后十字拉伸强度分别提升了56%和63%,吸收能量分别提升了27%和67%;3种组合的拉剪失效模式在烘烤前后没有显著变化,而经烘烤后,DP980-QP980的十字拉伸失效模式呈现QP980侧的裂纹扩展路径从熔合线向母材偏移的趋势;烘烤使点焊接头的金相组织呈现一定的回火特性,熔核硬度有一定的降低,但是并不显著。

车用先进高强钢表面分析及胶接性能研究

目的明确不同先进高强钢表面氧化物形貌、成分及含量对胶接性能的影响规律。方法本研究采用白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)观察高强钢表面形貌,通过金相显微镜及X射线衍射仪(XRD)分析其显微组织及物相,采用直读光谱仪、辉光光谱仪(GDS)以及X射线光电子能谱仪(XPS)表征高强钢表面特征元素及氧化物种类。结合接触角测试对比不同高强钢表面润湿性,并分析总结高强钢表面成分对胶接性能的影响规律。结果DH780表面以膜层状Al基氧化物为主,DP980、DP1180以及CP1180表面以Si、Mn、Cr颗粒状氧化物为主。其中DH780的表面润湿性最差,自由能最小。CP1180钢表面具有最少的氧化物含量及最小的颗粒尺寸,其表面润湿性最好,表面自由能最高。DP钢随强度提高,表面氧化物含量增加,润湿性降低。对于同种焊装胶,DH780胶接剪切强度最小,CP1180剪切强度最大。结论高强钢表面氧化物富集对表面润湿性及表面自由能具有重要影响,尤其Al基氧化物的存在会明显降低胶接接头的剪切强度。一方面是氧化物导致表面自由能降低,黏附功下降,另一方面氧化物会阻止胶中极性基团与基体表面形成强化学键,而更多地形成氢键。Al基氧化物由于呈薄膜状覆盖于高强钢表面,故对胶接性能的影响最大。

汽车用钢的发展与低熵化先进高强钢设计

介绍了汽车用钢的发展历史与推动汽车用钢发展的历史性事件,展望了未来汽车用钢在“双碳”背景下的发展方向。同时,介绍了汽车用先进高强钢的发展与分类,阐述汽车钢从软钢、低碳钢、高强钢到先进高强钢的发展过程,详细阐述第一代到第三代先进高强钢迭代升级过程中成本、合金、组态与性能等方面的设计思路。最后,提出创新性的低熵化设计理念,并介绍所设计的覆盖四类双相钢产品的低熵化产品,包含成分与工艺的设计思路。提出“组态异构”的低熵化设计,以用户切实的应用需求为导向,深入分析产品性能特征,结合钢铁材料的物理冶金机理与生产制造阶段装备及工艺特征,从设计端对产品进行减量化、单一化、归一化的梯度低熵化设计,实现产品低成本高性能生产制造思路。

采用温成形的先进高强钢防撞梁回弹设计试制研究

针对高强钢回弹难以控制的问题,采取新型温成形技术,选取两种常用的汽车高强钢QP980与DP780作为研究对象,对某一车型的前门防撞梁进行温成形试制,从零件工艺设计出发,模具结构设计,设计冷冲压实验对照组,利用三坐标测量仪扫描测量回弹数值,得到温成形工艺能减小冲压零件的回弹数值。本章主要通过温成形试制验证,确定了较为适合高强钢的温成形温度,验证了高强钢温成形工艺可行性,对高强钢温成形工艺具有一定的指导意义与参考价值。

冷轧先进高强钢表面色差缺陷综合控制技术研究

针对C-Si-Mn系冷轧先进高强钢成品表面色差无法满足下游客户涂装的问题,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)及激光共聚焦显微镜(LSCM)等手段分析缺陷产生原因。结果表明,成品表面色差缺陷为热轧、酸洗等多道工序综合作用的结果。通过优化板坯加热工艺、增强除鳞效果及酸洗能力,制定表面色差综合控制技术,表面色差缺陷得到了有效控制,满足客户使用要求。

先进高强钢中的残余奥氏体:综述

铁路、建筑、机械等行业的发展对结构材料的安全性和轻量化提出了严格的要求,为此,需要开发高强韧先进高强钢。先进高强钢的特点是通过创新工艺设计实现多相微观结构的组合来满足现代工业对性能要求。目前,第三代先进高强钢主要包括相变诱导塑性(Transformation-induced plasticity,TRIP)钢、淬火-配分(Quenching and partitioning,Q&P)钢、中Mn钢和无碳化物贝氏体(Carbide-free bainite,CFB)钢,因为可以实现力学性能良好的匹配,被认为是未来轻量化结构材料。本文首先概述了近年来第三代先进高强钢的成分设计、固态相变以及组织调控等内容,特别是各种先进热处理工艺过程中合金元素配分对组织转变的作用规律。先进高强钢中复相组织一般包括马氏体、贝氏体、铁素体和残余奥氏体。残余奥氏体的体积分数和稳定性对先进高强钢的力学性能至关重要。接着本文介绍了影响钢中残余奥氏体稳定性的内在因素,并阐述了残余奥氏体对钢强塑性、韧性和疲劳性能的影响规律,为在多相微观组织中获得一定体积的亚稳态残余奥氏体以及探究微观组织与力学性能的关系提供参考。文章最后简述了先进高强钢的发展趋势,为提高金属材料力学性能探索新的方法。

河钢唐钢先进高强钢在车身上的应用研究

随着“碳达峰、碳中和”成为全球共识,双碳目标倒逼着汽车制造商探索新材料和新的技术路径,以实现节能减排,并且既能有效实现轻量化又能保证结构安全的先进高强钢的应用也日趋增多。河钢唐钢作为一家知名的汽车板制造商,创新的先进高强钢产品和技术逐渐成为汽车零部件生产商重视的减排利器。基于此,结合河钢唐钢先进高强钢的开发成果,着重介绍河钢唐钢先进高强钢如双相钢(DP)、复相钢(CP)、淬火配分钢(QP)的成分及其组织特点,并阐述各钢种在车身上的应用现状。

先进高强钢边部变形能力影响因素分析

板材冲压工艺多种多样,并且其变形过程极其复杂。许多比较典型的冲压件是在几何约束下进行变形的,主要以局部成形失效为主,裂纹出现在凸缘拉伸、翻孔以及弯曲等局部的集中变形区域,无明显的减薄,也无法检测到颈缩的起始点,表现为类似的脆性断裂失效,因此采用传统的拉伸检测方法无法对该过程进行有效表征。鉴于此,为更好地探究先进高强钢边部变形能力的影响因素,选择不同牌号、不同厚度的先进高强钢进行扩孔试验。试验结果表明:随着强度提高,扩孔率呈现下降趋势;通过对不同材料进行扩孔率分析,近似厚度下三种材料边部变形能力大小为HC340LA>HC340/590DP>HC420/780DP;通过对相同钢种不同厚度扩孔率对比发现,相同钢种边部变形能力随着厚度的增加而逐渐降低;屈强比越大,扩孔率越高,小的屈强比更易造成边部的开裂。

汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向

阐述了先进高强钢板汽车零部件在减重、安全方面的优势,介绍了先进高强钢在汽车工业的应用现状,简单阐述了先进高强钢的成形工艺——热冲压成形工艺研究,指出了先进高强钢热冲压成形过程中遇到的主要问题,探讨了先进高强钢未来的发展趋势。

应用先进高强钢的典型汽车零件辊压成形关键技术及开发

轻量化是汽车技术发展的方向之一,采用先进高强钢是轻量化的重要手段。文章以某应用超高强钢的门槛加强件为研究对象,进行开口型非对称辊压成形典型零件工艺技术研究与样件开发,利用解析和有限元仿真,对影响先进高强钢辊压成形的回弹控制、预冲孔畸变进行研究,获得了优化的设计工艺参数;分析非对称辊压件的纵向弯曲、侧弯、扭转缺陷产生的机理,给出了解决问题的方法;进行应用超高强钢的辊压成形工艺试验,制造了满足尺寸精度要求的典型样件。该研究为大批量产业化应用先进高强钢提供了技术条件。

汽车用先进高强钢的成形性能

通过试验,对汽车用先进高强钢DP590、DP780、TRIP590的力学性能、微观金相组织、成形极限图进行研究,并与超深冲钢DC01成形极限进行对比。运用成形极限预测近似公式,对DP590、DP780、TRIP590、DC01的成形极限曲线进行预测,并与实测曲线进行对比。结果表明,DP钢和TRIP钢都具有较高的强度和良好的塑性,并具有较低的屈强比,能有效避免成形时局部颈缩和断裂。同时,DP钢和TRIP钢均具有良好的成形性能,DP590、TRIP590的成形能力甚至优于超深冲钢DC01。成形极限预测经验近似公式能很好的适用于DP590、DP780、TRIP590的成形极限预测,误差在2%以内,但对于DC01的成形极限预测误差则稍微偏大,约为4%。

TRIP590先进高强钢板的双向加载变形行为

为了探索TRIP590先进高强钢板的复杂变形行为,从试验、理论和有限元模拟三个方面对其在不同双向加载路径下的应力应变关系进行研究。针对TRIP590先进高强钢板料进行十字形试件的双向拉伸试验,获得了不同加载路径下的双向拉伸变形性能。基于弹塑性理论和广义胡克定律,采用Mises屈服准则和Hill48屈服准则(Hill屈服准则采用两种方法求解其参数)给出包含弹性和塑性应变在内的双向拉伸真实应力-真实应变关系曲线,并与试验结果进行对比,分析不同屈服准则的精度及误差原因。采用ABAQUS有限元软件,基于Mises和Hill48两种屈服准则对十字形试件不同加载路径下的双向拉伸试验进行有限元模拟。将试验直接采集到的不同加载路径下的双向拉伸载荷-位移数据与有限元模拟结果进行对比,进一步分析不同屈服准则的精度,同时验证采用本研究中的十字形试件的双向拉伸试验来计算双向应力-应变关系的可行性。研究结果可为TRIP590先进高强钢板在实际成形工艺中的应用提供重要的技术支撑。

先进高强钢电阻点焊接头的断裂模式分析与预测

研究了先进高强钢(advanced high strength steel,AHSS)两层板电阻点焊接头的断裂模式,不同的断裂模式会影响点焊接头断裂时的机理、力学性能及断裂位置,基于不同组合下的临界熔核尺寸、最大载荷、断口宏观形貌、初始断裂位置、宏观金相组织以及微观硬度曲线等试验结果,阐明了板材厚度和板材强度两类因素对于断裂模式的影响规律.结果表明,板材强度因素会直接影响断裂模式、初始断裂位置以及最大载荷;板材厚度因素影响断裂模式但不改变初始断裂位置及最大载荷.临界熔核尺寸的影响因素有板材厚度、板材强度、熔核中缺陷以及拔出断裂位置距熔合线的距离.在此基础上,文中提出了临界熔核尺寸(DCR)的预测模型及预测方法,该方法与试验值符合较好,为实际工业应用中的临界熔核尺寸判定提供了理论依据.

先进高强钢板可镀性及内氧化模型研究进展

先进高强钢中含有大量的Si、Mn等合金元素,这些元素在退火时会扩散到钢板表面并氧化,所产生的表面氧化物降低了锌液对钢板的浸润性,影响了镀锌产品的质量。本文介绍了先进高强钢板可镀性及内氧化数学模型研究的进展,通过改变基体的化学成分、退火气氛的露点和H_2-N_2比例,将影响钢板可镀性的合金元素氧化控制为内氧化,改善了钢板的可镀性。

汽车用先进高强钢的发展及其在车身设计中的应用

当今社会的能源和环境问题日益突出,因此在保证安全的前提下实现车身减重以降低油耗和排放是现代汽车工业的发展趋势。综合比较可供选择的汽车用材,汽车轻量化的首选材料是高强度钢。对于汽车安全而言,最基础、最重要的是结构设计,最新的车身安全设计理念认为安全车身应该包括:前后碰撞变形区和高强度乘员舱。本文通过比较传统高强钢和先进高强钢的特点,重点介绍了先进高强钢的发展现状及其在车身设计中的应用。

先进高强钢选择性氧化及抗粉化性能

介绍了生产先进高强钢热浸镀锌板的重要性,论述了生产过程中出现选择性氧化的原因及合金化板产生粉化的原因。具体分析了保护气氛的露点、保护气氛的组成、退火温度及时间、合金元素的种类和含量对高强钢选择氧化的影响。并分析了合金化工艺及锌液成分对合金化镀层相结构及抗粉化性能的影响。

基于数字图像相关法的第三代先进高强钢QP980成形性能评价

对第三代先进高强钢QP980和第一代先进高强钢DP980的成形性能进行分析研究。采用数字化图像相关方法(DIC)进行标准试样的单向拉伸试验,对变形区域全场轴向应变和横向应变进行分析,并比较了标距区域和变形区域最大点的应力—应变曲线;基于Marciniak方法采用DIC方法进行两种材料成形极限试验,并对材料在不同应变下的残余奥氏体含量进行了测试。结果表明:QP980的综合成形性明显高于DP980,表现为QP980材料的均匀延伸率高出DP980约9%,达到17.26%;加工硬化指数接近0.18,比DP980高80%;成形极限FLD0为0.18,比DP980高出50%;在均匀变形阶段,QP980中大部分残余奥氏体发生向马氏体的转化,提高其加工硬化能力,表现为比DP980材料更高的均匀延伸率;但进入局部变形阶段后,残余奥氏体含量很低,继续变形相变诱导强化能力明显减弱,表现为两种材料相当的局部变形能力。

基于纳米压痕和晶体塑性有限元模拟的先进高强钢力学性能辨识

针对双相钢DP980,采用纳米压痕实验、晶体塑性有限元模拟和基于遗传算法的反分析法,辨识其组成相铁素体和马氏体的细观力学性能。首先借助纳米压痕实验获得两相不同取向单晶的纳米压痕力学数据,通过EBSD和原子力显微镜获得单晶的取向和压痕形貌信息,提取形貌轮廓的特征数据。然后通过CPFEM模拟和反分析方法确定铁素体相和马氏体相<111>{110}和<111>{112}两个滑移系的加工硬化行为和材料参数。通过对比模拟和实验结果,验证了所辨识的滑移系硬化方程和材料参数的可靠性。研究方法亦可以用于其它金属材料的细观力学行为和材料参数的辨识。