22MnB5超高强度热冲压成形钢的开发及应用

通过成分设计、轧制、退火及热冲压成形过程关键工艺参数的调控,研究分析了冷轧压下率、退火温度及热冲压成形冷却速度对22MnB5超高强度热冲压成形钢(22MnB5钢)微观组织及力学性能的影响。结果表明,22MnB5钢的冷轧压下率控制在50%~60%范围时可实现酸连轧的稳定轧制,退火温度控制在780~820℃范围时退火态22MnB5钢的金相组织为均匀细小的铁素体和珠光体,且性能均匀稳定。热冲压成形淬火在冷却速度不低于30℃·s^(-1)时可获得板条尺寸均匀的全马氏体组织。本产品通过了热冲压成形生产线的工业试用,结果表明:热冲压成形后22MnB5钢的屈服强度为1030~1113 MPa、抗拉强度为1480~1520 MPa、伸长率在8.0%以上、硬度HV10不低于500、表面总脱碳层深度均在35μm以下,热冲压成形后零件的尺寸精度、外观均满足客户需求。

22MnB5/DP590不等厚单脉冲电阻点焊接头组织

通过显微组织观察和硬度测试等方法,采用单脉冲电阻点焊连接技术研究不同的焊接时间和焊接电流条件下不等厚度22MnB5/DP590点焊接头组织特征及其变化规律,并利用JMatPro热力学模拟软件对DP590和22MnB5母材的电阻率和导热率等热物理参数进行计算。结果表明,点焊接头的熔核区为粗大的板条马氏体;两侧热影响区按照原奥氏体晶粒大小可分为粗晶区和细晶区;当焊接电流为8.5 kA、焊接时间为160 ms时,22MnB5侧的热影响区出现液化裂纹;随着焊接时间的增加,熔核直径先增加后下降,母材两侧的压痕率均增加,且22MnB5侧的压痕率大于DP590侧的压痕率,熔核向DP590侧偏移;随着焊接电流的增加,熔核直径增加,压痕率先增加后保持不变,熔核偏移有所改善;熔核区和热影响区显微硬度高于母材,其中22MnB5热影响区显微硬度最高。

车身用22MnB5超高强热成形钢的热变形行为及热加工图

为确定22MnB5硼钢的热成形工艺,采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行热模拟拉伸实验,变形温度为773~1223 K,应变速率为0.01~10 s^(-1)。结果表明:22MnB5硼钢具有较强的正应变速率敏感性,其峰值应力随变形温度的升高而减小;除773 K/0.01 s^(-1)外,硼钢的流变应力随应变的增大逐渐增大,当达到峰值后趋于稳定;采用Arrhenius双曲正弦函数模型建立了硼钢的力学本构方程,确定了峰值应力下的热变形激活能Q为26.54~53.77 kJ/mol,其值随应变速率的增加先增大后减小,随变形温度的升高先减小后增大;基于动态材料模型构建了峰值应力下的硼钢热加工图,其热成形显微组织与变形温度和应变速率密切相关。基于此,确定了硼钢的热加工工艺:成形温度988~1058 K、应变速率0.01~0.1 s^(-1);成形温度1143~1223 K、应变速率0.01~0.02 s^(-1)。

热成形加热速率对22MnB5钢组织和性能的影响

22MnB5是常见的热成形高强钢,广泛应用于汽车车身,可减轻车身质量,提高汽车抗冲击和防温性。随着用户对热成形零件生产效率要求的不断提高,特别是感应力加热,火焰直燃加热等快速加热技术的推广应用,热减形加热速率快速提升到120℃/s。为了考察不同加热速率对22MnB5钢热成形后的组织和性能的影响规律,利用淬火膨胀仪、扫描电子显微镜(SEM)和拉伸试验机,分别对加热冷却过程中的热膨胀曲线、热成形后的微观组织和力学性能进行了测定。结果表明,随加热温度升高,试样冷却组织由铁素体向马氏体、贝氏体转变,且150℃/s加热速率下组织中贝氏体和铁素体含量要高于10℃/s加热速率的试样;且当加热速率从10℃/s提高到150℃/s时,22MnB5钢在950℃仍然能够完全奥氏体化,但是冷却试样的条件屈服强度、抗拉强度、断后伸长率都有所下降,分别降低了334 MPa、56 MPa、0.9%。

22MnB5冷轧边部裂口缺陷分析及控制

文章对22MnB5钢种冷轧边部裂口缺陷的宏观形貌及特殊特性进行了详细描述。利用电子显微镜观察分析了缺陷的微观组织,钢带裂口较多的一侧充斥着大量的贝氏体;边部的晶相组织与钢带中间位置有很大的区别,推断出导致裂口产生的根本原因是钢带宽度方向上组织不均,组织不均导致在冷轧加工过程中钢带受力不均,从而使钢带边部撕裂,产生边部裂口缺陷。利用便利的信息化条件对冷、热轧的生产过程进行了还原,通过数据收集和分析找出缺陷产生的可能原因。再通过生产试验对冷轧压下率进行了调整,对热轧层冷冷却过程包括层冷水温度、超快冷喷嘴等进行了综合调整。经过冷轧、热轧联动调整后,大大降低了缺陷发生的概率,保证了冷轧产线生产过程的稳定。

22MnB5热成形钢连铸坯高温力学性能研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对22MnB5热成形钢连铸坯在600~1300℃温度范围内的高温力学性能进行了测试,借助扫描电镜观察了高温拉伸后的断口形貌。系统分析了形变温度对应力-应变曲线、高温强度及热塑性的影响。结果表明,22MnB5热成形钢连铸坯的高温拉伸过程是形变强化和动态软化共同作用的结果,高温强度随形变温度的升高而下降。22MnB5热成形钢连铸坯的第1脆性区在1250℃至熔点范围内,为S和P元素在枝晶间偏析导致晶界熔融所致。第3脆性区在650~750℃范围内,为奥氏体晶界BN析出和奥氏体→铁素体相变所致,加入Ti可使第3脆性区变窄且趋向较低温度区。在800~1200℃温度范围内22MnB5热成形钢连铸坯塑性良好,可为此类钢的连铸工艺制定提供参考,以减少铸坯裂纹缺陷的产生。

22MnB5热成形工艺及应用技术

出于节能减排、增加燃油经济性和满足日益严厉的安全法规的需要,超高强度钢热冲压成形零部件在汽车上身的应用比例逐年增加。详细介绍了22MnB5钢热冲压工艺参数的设计规范,及裂纹失效问题的控制。为保证淬火后零件微观组织中马氏体含量≥95%,抗拉强度≥1500 MPa的要求,奥氏体化加热温度应控制在900~950℃、淬火冷却速度≥30℃/s;模具设计时需进行导热量计算及导热系统结构设计,保证热冲压零件的成形减薄率<15%、弯曲角圆弧半径R≥13 mm;为抑制应力集中导致的开裂,系统导热量在整个零件表面分布应均衡一致,导热水管外壁距模具型腔表面的垂直散热距离应均匀一致为10 mm,零部件热处理后显微组织中应减少马氏体粗大化,避免混晶。

22MnB5钢激光焊接接头冷变形行为研究

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和拉伸试验机对22MnB5钢激光焊接接头不同压下率下冷变形后接头进行检测。结果表明,随着冷轧压下率增加,塑性变形程度增加,焊缝宽度和硬度增加,激光焊缝显微组织为板条马氏体,焊接接头抗拉强度基本不变,22MnB5钢激光焊接接头具有良好的冷变形性,在冷轧压下率小于80%时,不会由于焊接接头和母材组织不匹配而出现断带等安全问题。

基于JMatPro软件对22MnB5钢热处理参数的计算

采用JMatPro 7.0对22MnB5高强钢的热平衡相组成、等温奥氏体化曲线(TTA)、过冷奥氏体连续转变曲线(CCT)、淬透性预测和淬火后的力学性能进行了数值计算,并对22MnB5高强钢进行了高温淬火试验。计算结果表明:22MnB5高强钢的相转变温度A_(c1)为713.9℃,A_(c3)为812.0℃,M_(s)为401℃,M_(f)为290℃;22MnB5钢在连续加热过程中加热速率越快,奥氏体化程度越高且均匀化时间越短;钢在连续冷却过程中,其屈服强度、抗拉强度和硬度均随冷却速度的增大而增大,当冷却速度为100℃/s时,硬度、屈服强度和抗拉强度分别达到其最大值481.1HV0.1、1261 MPa和1507.9 MPa。22MnB5高强钢经高温热处理后冷水浴淬火试验,获得的组织、硬度、屈服强度和抗拉强度与JMatPro计算结果一致。

Al-Si涂层22MnB5钢激光拼焊焊缝性能研究

利用激光填丝焊技术对Al-Si涂层22MnB5热成型钢进行拼焊,并对焊缝性能进行研究。采用金相显微镜观察焊缝微观形貌,结果表明,焊缝未出现裂纹、气孔等焊接缺陷,组织为马氏体;通过杯突试验对焊缝进行检测,发现开裂方向均与焊缝方向垂直;通过拉伸试验发现断裂位置均在母材区域;通过维氏硬度计检测发现母材及焊缝硬度差异在±50 HV以内。上述试验结果表明,该焊接工艺获得的焊缝性能满足汽车行业的要求。

扭力梁横梁用22MnB5材料淬回火工艺研究

文章通过对不同淬回火工艺条件下材料的硬度、微观组织、机械性能的研究分析,得到了扭力梁横梁用22MnB5钢的热处理工艺窗口:860−890℃保温10−30 min淬火、210−225℃保温1−2 h回火。过低的淬火温度有奥氏体化不充分的风险,过高的淬火温度和保温时间将导致奥氏体粗化或局部长大。回火温度的升高促进碳原子脱溶析出形成析出相,但过高的回火温度使马氏体基体软化,降低抗拉强度。

22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验

考虑材料的热物理性能参数、力学性能与温度的关系,利用ABAQUS软件建立了22MnB5超高强钢热冲压过程的热力耦合有限元模型,选用合适的热冲压工艺参数进行数值分析,得到了坯料热冲压成形的应力应变分布,并以板料初始温度为变量,研究不同初始温度对零件厚度分布、回弹及冷却速率的影响。进行了板料初始温度为900℃的22MnB5超高强钢热冲压试验,零件厚度分布及回弹量与模拟结果基本吻合,各区域淬火组织均为板条状马氏体,由于零件底部的淬火冷却速率较大,马氏体组织更加均匀细小。

高强度硼钢22MnB5的热变形方程及其模拟应用

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在温度为700℃～950℃、应变速率为0.01/s～0.4/s的条件下,对高强度硼钢22MnB5的热变形行为进行研究。结果表明,随着变形温度的升高,硼钢的延伸率升高,变形抗力降低;随着应变速率的提高,硼钢22MnB5的变形抗力和延伸率增大。根据高温拉伸实验得出的数据,构建硼钢22MnB5的稳态流变应力模型和热变形方程,并将试验结果和构建的本构方程输入ABAQUS软件进行U型件热弯曲成形的回弹模拟,数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的可靠性和正确性,为成形所需的最大载荷及设备选择提供依据。

热冲压22MnB5硼钢中频电阻点焊接头组织及力学性能研究

对2mm热冲压22MnB5硼钢试样采用中频电阻点焊连接技术,利用合适的焊接参数开展了热冲压硼钢中频电阻点焊工艺研究.对比分析了其组织及力学性能,并对试样接头进行拉剪实验、十字拉伸实验,横截面进行了微观组织、硬度分布、断裂模式分析,初步找到热冲压硼钢中频电阻点焊不同焊接规范对焊接接头力学性能的影响规律.结果表明:合理的中频电阻点焊工艺下的焊接接头具有良好的力学性能,能满足实际生产需求.

加热工艺对22MnB5钢板组织和力学性能的影响

用金相显微镜观察了加热温度和保温时间对22MnB5钢板组织结构的影响,测量了不同工艺处理后试样的抗拉强度和硬度。结果表明加热温度高于860℃可保证淬火后的组织为完全马氏体,但更高的温度会降低抗拉强度和硬度;保温时间的延长也会使淬火后的钢板抗拉强度和硬度稍有下降;22MnB5钢淬火后的完全马氏体组织具有超高的抗拉强度和硬度,最高可达1690 MPa和555 HRV;为获得最优的抗拉强度和硬度,是理想的加热温度为860～900℃、保温时间为3～5 min。

22MnB5高强度钢板材的断裂失效准则研究

对22MnB5高强度钢板材进行动态拉伸试验,获得材料的弹塑性力学性能数据,使用Swift-Hockett-Sherby本构模型描述其应变硬化特性。完成22MnB5高强钢板材的剪切、准静态单向拉伸、动态拉伸、缺口拉伸和穿孔试验,获得板材在不同应力状态下的力学试验数据,基于有限元软件LS-DYNA中的Modified Mohr-Coulomb(MMC)断裂准则,完成22MnB5高强度钢板材的MMC断裂准则模型参数标定,建立22MnB5高强度钢板材的MMC断裂准则失效曲面。采用MMC断裂准则模型,进行前防撞梁的三点弯曲压溃试验,仿真和试验结果吻合较好,说明MMC断裂准则模型能够有效的预测22MnB5高强度钢在碰撞载荷作用下的断裂失效过程。

低温临界区退火时间对22MnB5钢组织和性能的影响

为了研究22MnB5钢在退火过程中的组织演变规律,细化热冲压成形后马氏体板条束,通过扫描电镜(SEM)、能谱分析、电子背散射衍射(EBSD)分析技术和拉伸实验等方法,研究了不同低温临界区退火时间对22MnB5钢显微组织和力学性能的影响,并阐述了不均匀奥氏体在退火过程中的转变机制及合金元素对粒状珠光体形成的影响.研究表明,经低温临界区不同退火时间保温及随后等温处理后,得到不同的珠光体形态,在770℃保温0.5 h,并在700℃等温处理后,得到铁素体基体上分布颗粒状碳化物的粒状珠光体组织;随着临界区保温时间的延长,奥氏体转变逐渐均匀,使部分奥氏体在随后的等温过程中发生共析转变,得到多边形铁素体+片层状珠光体组织.粒状珠光体组织有利于细化淬火后的马氏体板条束,提高综合力学性能.

高强度22MnB5钢板加热过程中组织演变规律的研究

对高强度22MnB5钢板采用快速电阻加热方法,并与传统炉子加热作比较,研究了钢板在加热过程中的组织演变规律。以炉子加热(～10℃/s)和电阻加热(～100℃/s)两种速率把试样加热到不同温度、保温不同时间后水淬,观察试样的显微组织并测试力学性能。结果表明,22MnB5钢板使用传统炉子加热时其过热度为70℃左右,电阻加热的过热度比炉子加热时增加了约50℃,加热温度达到各自临界转变温度后淬火组织为马氏体和少量铁素体。使用炉子加热到相应温度后保温一段时间,转变的奥氏体量比未保温的多10%左右。钢板电阻加热并淬火后其抗拉强度为1 536.4 MPa,延伸率为6.8%,达到超高强度钢板要求。

22MnB5超高强钢焊接组织与性能

采用钨极氩弧焊方法,实现了22MnB5超高强钢淬火前后同种材料之间的连接,进行了焊接接头拉伸试验和热影响区内显微组织及硬度分布试验,并对焊接前后材料的抗腐蚀性能进行了试验分析.结果表明,淬火处理后22MnB5组织结构从铁素体+珠光体组织转变为马氏体组织,显微硬度与抗拉强度大幅度提高,原始及淬火后材料的焊接接头具有良好的力学性能和组织形貌,焊后焊接接头抗拉强度和硬度略低于原始母材,经淬火处理后的材料焊后抗拉强度达到1 179.59 MPa,略低于淬火材料但比原始母材高很多,淬火热处理材料的腐蚀速率略有上升,而焊接后将大幅度增加腐蚀速率,通过比较淬火焊缝钢腐蚀速率最大.

高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法

在高强钢板热冲压产品及模具设计的早期,缺少一个仅仅根据产品的形状以及少量的模具信息就能快速评估出热冲压件可成形性的工具,能对后续的产品及模具设计起到指导作用。针对以上问题,提出并实现了高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法,用来快速评价高强钢板22MnB5在高温奥氏体状态下的可成形性。并以某汽车B柱的加强板为例进行计算,将其模拟结果与热冲压实验结果进行对比。结果表明:模拟结果与实验值基本一致,证实了高强钢板22MnB5热成形的一步逆成形有限元方法的有效性。