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。

回火温度对淬火22MnB5热成形钢组织及性能的影响

对22Mn B5热成形钢进行淬火和回火处理,利用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射技术、室温拉伸检测等方法研究回火温度对22Mn B5热成形钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着回火温度（100~500℃）的升高,22Mn B5热成形钢的抗拉强度逐渐降低,温度超过200℃后显著降低,屈服强度先略为降低（100℃）再略为升高（200℃）最后显著降低（超过200℃）,总伸长率逐渐提高,板条马氏体发生回复和再结晶,板条间的小角度晶界减少,板条边界逐渐模糊,马氏体板条粗化明显;经200℃保温10 min回火后,大部分板条马氏体略有粗化,屈服强度较100℃保温10 min先降低后略为提高至1292 MPa,伸长率为6.2%,出现硬化效应,热成形钢的综合力学性能得到明显改善。

22MnB5热成形钢动态再结晶模型研究

采用Formastor-Digital全自动相变仪,对CSP生产线生产的22MnB5热成形钢进行单道次压缩实验。测定了实验钢在变形温度900~1150℃、应变速率0.1~30s-1下的动态再结晶行为。结果表明:当应变速率越小,变形温度越高时,越易发生动态再结晶,同时临界变形量和峰值应力越低。利用线性回归方法拟合应力、应变速率以及变形温度间的关系,得到22MnB5热成形钢的Z参数和变形激活能。在相同的加热条件下,忽略初始晶粒大小的影响,得到临界变形模型。根据屈服应力与应变速率间的关系,建立了高温奥氏体区流动应力-应变模型。

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。

焊丝成分对22MnB5热成形钢激光填丝焊接接头组织和性能的影响

使用成分不同的焊丝对22MnB5热成形钢进行激光填丝焊接,利用光学显微镜、拉伸试验机、JMatPro软件研究Ni含量对焊接接头组织性能及相变温度的影响。结果显示,低Ni含量焊丝焊后经热处理,焊接接头焊缝区组织为马氏体和δ-铁素体的混合组织,接头抗拉强度为1357 MPa;高Ni含量焊丝焊后经热处理,焊接接头焊缝组织为全马氏体组织,接头强度为1516 MPa,接头强度系数达到92%。相较于低Ni焊丝,高Ni焊丝凝固过程中δ-铁素体的形成难度更大,形成全γ-奥氏体的速度也更快。

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)。

22MnB5热成形钢奥氏体化时热镀Al-10%Si镀层组织的演化

利用SEM观察了22Mn B5钢在900℃不同奥氏体化时间下,热镀Al-10%Si(质量分数)镀层的微观组织变化情况,利用EDS和GD-OES分析了奥氏体化后热镀Al-10%Si镀层的元素分布。结果表明,22Mn B5钢奥氏体化前,热镀Al-10%Si镀层主要由纯Al、纯Si和二者共晶反应形成的金属间化合物Fe_2SiAl_7组成,在Fe_2SiAl_7和钢基体之间存在一层薄薄的由Fe2Al5和FeAl_3组成的化合物层。900℃奥氏体化后,热镀Al-10%Si镀层中的三元共晶相Al+Si+t6逐渐转变为三元Al-Fe-Si或二元Fe-Al金属间化合物。奥氏体化时间为2 min时,镀层由Fe_2SiAl_7、Fe_2Al_5和FeAl_2组成;奥氏体化时间为5 min时,镀层由FeAl_2、Fe_2SiAl_2和Fe_5SiAl_4组成;奥氏体化时间为8 min时,镀层由FeAl_2和Fe5Si Al4组成。由于Fe_2SiAl_2和镀层/钢基体界面扩散层中Al原子的扩散系数远大于Fe原子,导致从镀层向钢基体晶界及晶粒内扩散并与之反应所消耗Al原子的量远大于从钢基体扩散到镀层中的Fe原子量,从钢基体中流入到镀层中的空位数量远大于从镀层中流入到钢基体中的空位数量。原子的不平衡扩散及镀层/钢基体界面空位数量的富余使得扩散反应层与镀层的交界区域形成了Kirkendall空洞。22MnB5钢奥氏体化时,热镀Al-10%Si镀层表面形成一层稳定的Al_2O_3氧化膜,镀层的高温氧化现象非常有限,热镀Al-10%Si镀层可以作为22MnB5钢热成形时的保护层。但热镀Al-10%Si镀层扩散过程中产生的脆性金属间化合物因高温塑性不足而导致镀层中产生大量垂直于镀层/钢基体界面并贯穿整个镀层的微裂纹,从而影响镀层的防护性能。

22MnB5热成形钢变厚度轧制及退火工艺

基于离散化思路建立变厚度轧制的厚度控制系统;在实验四辊轧机上进行了单厚度过渡区的22Mn B5热成形钢变厚度板轧制,对轧后的板材进行模拟退火试验,使用光学显微镜、扫描显微镜观察及拉伸试验分析了变厚度板退火后不同厚度位置的组织和力学性能。结果表明,在50 mm变厚度区中:厚度偏差为0.08 mm,长度偏差为0.3 mm。变厚度板在退火快速冷却过程中不同厚度区存在较大的温度差,薄区温度跟随性差,其他退火过程的温度跟随性好,偏差不大;不同厚度区的力学性能区别小;快速冷却退火后的组织为层状珠光体+铁素体;结合工艺可行性并有效保证组织性能控制,建议根据厚区的厚度来制定退火工艺,并采用低冷却速度的罩式退火或半连续退火。

奥氏体化时间对22MnB5热压成形钢组织和性能的影响

目前就奥氏体化时间对热成形钢组织结构和力学性能的研究较少。采用万能材料试验机和金相显微镜研究了900℃下奥氏体化时间对22Mn B5热压成形钢组织结构和力学性能的影响,得出了22Mn B5热压成形钢的性能随奥氏体化时间的变化规律。结果表明:22Mn B5钢在900℃下奥氏体化5 min,得到的热成形钢具有板条状马氏体,且马氏体的硬度最高,试样的强度较高,塑性较好。

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。

热冲压成形钢22MnB5焊点断裂模式的研究

研究了不同焊接工艺条件下热冲压成形钢22MnB5焊点断裂的模式,结果表明,22MnB5点焊接头的断裂模式和结合强度受点焊过程中出现的3种不同类型的缺陷模式影响,即:结合线伸入、缩孔和内部飞溅。

热冲压成形22MnB5钢板的组织和性能

采用扫描及透射电镜观察和力学性能实验研究了22MnB5钢板热冲压成形件的组织形貌和力学性能。结果表明,加热温度930℃,保温4.5 min,初始成形温度850℃,冲压速度75 mm/s条件下,22MnB5钢板热冲压成形完成完全马氏体转变,得到均匀板条马氏体组织,组织内产生高密度位错,强度大幅提升,抗拉强度达到1550 MPa。形变有助于动态再结晶并获得更为细小的马氏体组织,促进细晶强化。硼元素在晶界发生偏聚,延长奥氏体转变孕育期,提高了22MnB5钢的淬透性,同时引起点阵畸变,促进相变强化。

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.

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。

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。

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。

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。

22MnB5钢三种热冲压成形件的冷弯性能

从汽车用22MnB5钢三种热冲压成形件(国产A柱、进口B柱和用进口钢板生产的防撞杆)上制取不同宽度的冷弯试样(试样的最小宽度至少为板厚的20倍)和非标拉伸试样,按照德国标准VDA 238-100进行弯曲试验,比较了三种热成形件的冷弯性能;此外还进行了拉伸试验,并观察了拉伸断口和弯曲断口的形貌。结果表明:三种热成形件的组织均为板条马氏体,它们的拉伸性能相当,拉伸断口均分为三个区,即纤维区、放射区和剪切唇,放射区为少见的条带状;三种热成形件的弯曲角度相近,均小于60°,冷弯性能相当,这与它们的显微组织相同有关;弯曲断口形貌呈不同形态的韧窝。

基于DYNAFORM的22MnB5钢热成形工艺数值模拟研究

利用有限元分析软件ETA/DYNAFORM对22Mn B5材料的U形件进行热成形模拟研究。在影响U形件热成形性能的各参数中,主要研究了板料初始温度和摩擦系数:板料初始温度水平为800℃、850℃、900℃、950℃四种;摩擦系数水平为0.1、0.125、0.15、0.2四种。对比FLD(Forming Limit Diagram)成形极限图,结果表明,在板料初始温度为900℃、摩擦系数为0.125时,U形件的成形性能最好。对比冷、热成形工艺,热成形后INSUFFICIENT STRETCH区域比冷成形后的小,因此热成形工艺成形的U形件成形性能更好。