高/低铝780DP冷硬钢退火工艺优化及工业试制

采用Gleeble-3500热模拟试验机对1.4 mm、不同铝含量的780DP冷硬钢进行了退火热模拟试验,利用万能拉伸试验机、光学显微镜分析了均热温度对退火试样性能与组织的影响,并利用低温时效炉和折弯试验机对不同铝含量780DP工业试制品进行烘烤硬化特性及局部成形性能评价。结果表明,对于两种不同铝金量的780DP钢,热模拟均可得到GB/T 20564.2-2017要求的抗拉强度指标。均热温度840℃时,低铝钢中铁素体呈等轴状或不规则形状,仍存在一定的轧制纤维特征,马氏体呈岛状或链状分布在铁素体晶界周围;均热温度760℃时,高铝钢中铁素体再结晶几乎全部完成,铁素体呈等轴状,马氏体呈岛状分布在铁素体晶界附近。在均热温度820℃和760℃工业试制时,两种铝含量的钢均可达到GB/T 20564.2-2017要求的力学性能;低铝钢烘烤硬化值远大于高铝钢,折弯性能略低。

双相钢HC420/780DP动态力学性能及其本构模型研究

在应变率分别为0.001、0.100、1.000、10.000、100.000 s^(-1)和200.000 s^(-1)的条件下,测试了双相钢HC420/780DP的高速拉伸性能,研究了其在不同应变率下的动态力学行为,得到了不同应变率下的真应力‐真应变曲线,分析了其屈服强度、抗拉强度、流变应力以及断裂延伸率随应变率的变化规律。结果表明,随着应变率的升高,双相钢HC420/780DP的屈服强度、抗拉强度和流变应力均有所升高,断裂延伸率呈现先升高后降低的趋势。另外,基于Johnson‐Cook本构模型,建立并修正了双相钢HC420/780DP与动态应变率相关的塑性本构模型,并验证了修正后的模型。结果表明,通过修正得到的本构模型与试验曲线拟合效果较好。

热轧双相钢HR450/780DP的开发与生产

山钢日照公司利用2050 mm热连轧生产线开发生产热轧双相钢HR450/780DP,通过合理的化学成分设计,对温度控制、轧辊辊型、轧制负荷分配弯辊力动态调整、轧制速度等进行优化,实现了批量稳定生产,产品质量满足标准和客户的要求。

780DP高强汽车钢等温过程中的组织变化分析

汽车结构的轻量化是实现汽车节能环保最为有效的途径。采用管式电阻炉对780DP高强汽车钢进行热处理试验,研究了等温温度和等温时间对钢的组织演变和维氏硬度的影响规律。结果表明,在780~840℃等温10~300 s热处理条件下,基体组织仅发生回复,同时伴随铁素体向奥氏体的转变。随着保温时间的延长和等温温度的升高,淬火后得到的马氏体体积分数不断增加。随着保温时间的延长,试验钢的维氏硬度由于等温过程中的回复与马氏体体积分数的变化而先下降再升高。

基于碰撞模拟的HC420/780DP动态力学性能研究及应用

为提高碰撞模拟的计算精度,采用高速拉伸试验对HC420/780DP双相钢的动态力学性能进行分析研究。结果表明,在不同的应变速率条件下,HC420/780DP钢板表现出了应变率强化效应。建立了HC420/780DP汽车安全碰撞模拟的材料卡,并以某车型的前纵梁-保险杠结构为例,运用有限元软件进行正面碰撞模拟分析,得到前纵梁-保险杠能量曲线和加速度曲线,对于汽车安全碰撞模拟的CAE分析提供了材料方面的数据支持。

高强钢DP780压扁开裂原因分析

随着汽车轻量化的发展,先进高强钢材料的应用成为减轻车身重量和提高汽车防撞性能的重要途径。某厂家采用连退DP780高强钢通过辊压工艺加工圆管生产座椅骨架,但检验压扁工艺性能时,试样出现开裂现象。对压扁开裂试样和合格试样进行理化检验分析,扫描电镜和金相分析未发现明显夹杂物,压扁开裂试样金相组织较合格试样有粗大的块状马氏体,合格件马氏体细小,弥散分布在铁素体基体中。进行折弯性能和扩孔性能实验分析,压扁开裂样板180°折弯后,出现了开裂现象,其扩孔率为20.3%,低于合格样板的24.7%。综合分析,成分体系的差异造成开裂产品组织晶粒较为粗大,变形过程晶粒间协调性差,以及低的折弯性能和扩孔性能,是此次圆管压扁开裂的主要原因。

模拟过火后汽车结构钢DP780的组织演变及力学性能变化

采用热处理模拟手段,设定加热温度、保温时间和冷却方式,研究汽车结构钢DP780钢经火灾受热后的组织演变和力学性能变化。结果表明:在200~700℃加热条件下,DP780钢的显微组织均为铁素体和马氏体,但温度升高后,铁素体晶粒长大,马氏体发生再结晶;无论空冷还是水冷,随加热温度的升高,DP780钢的屈服强度和抗拉强度先略有提高后快速下降,伸长率略低于原始母材。在800~1000℃加热条件下,空冷和水冷对DP780钢的组织和性能产生明显影响。800℃加热时,空冷和水冷组织均由原始铁素体、再生铁素体和马氏体构成,但后者马氏体体积分数显著增加,强度远高于前者;900~1000℃加热时,奥氏体晶粒长大,形成粗大的贝氏体和马氏体组织,强度高但塑性低。DP780钢的高温(200~700℃)力学性能与室温力学性能相比,当拉伸温度低于400℃时,强度提高,伸长率降低,高于400℃时强度急剧下降,伸长率升高。结果证实,只要DP780钢在200~1000℃受热,其综合力学性能均会发生下降,这将对采用DP780钢制结构件的事故车辆的继续服役产生一定的安全隐患。

扫描路径对DP780双相钢激光点焊成形特征及组织性能的影响

为了探究激光焊接DP780双相钢的工艺特性,开展了不同扫描路径下激光点焊DP780双相钢的实验,对比不同摆动路径对焊缝成形、组织及剪切性能的影响。结果表明:不同扫描路径下激光点焊的焊缝组织相似:焊缝区组织为板条马氏体、贝氏体以及少量铁素体,热影响区组织为尺寸不均匀的块状铁素体、贝氏体以及少量马氏体。施加不同形式的扫描方式,使焊缝内铁素体和贝氏体在一定程度上有所增加,马氏体尺寸减小。扫描激光焊接头焊缝区的平均硬度有所降低,但软化区内最小硬度明显升高;扫描激光焊在一定程度上增大焊缝熔宽,降低焊缝熔深,可抑止气孔的形成;扫描激光焊接头的断口形貌主要由光滑界面和韧窝组成。

两相区热处理对DP780双相钢组织与力学性能的影响

采用OM、拉伸试验机研究了不同温度、时间的两相区热处理对DP780双相钢组织及力学性能的影响。结果表明:冷轧态DP780双相钢经过870℃×60 min奥氏体化,再进行780℃不同时间的两相区保温热处理后,试验钢组织为马氏体和铁素体双相组织,随着保温时间的增加,试验钢中马氏体含量逐渐减少。经过780℃×5 min两相区热处理的试验钢,其伸长率达到最大值18%,抗拉强度接近1100 MPa,试验钢的强塑性能匹配最佳。

基于DIC技术的曲率对成形极限的影响研究

高强度钢因具有强度高、相同强度下质量更小的特点,成为目前车身及零部件上使用最多的材料。起皱、破裂是汽车覆盖件在弯曲成形及曲面翻边成形过程中的主要缺陷,而曲率是影响其成形性能的重要因素。为了预防起皱、破裂等缺陷,提高高强度钢的成形性能,利用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术及Nakajima试验研究曲率对高强度钢成形极限的影响。以DP780高强度钢为试验材料,分别在不同直径的冲头下对其进行胀形试验,利用DIC技术实时监测板材的应变状态,通过位置相关法求得DP780在不同曲率下的成形极限曲线(Forming Limit Curves,FLC),并绘制各曲率下DP780板材的成形极限图(Forming Limit Diagrams,FLD)。通过对比各曲率下的FLC可知,DP780高强度钢板的成形性能随着曲率的增加而提高。

双相钢铸坯微裂纹在冷轧的表现及控制

文章对双相钢铸坯微裂纹缺陷经过热轧、酸洗、退火后缺陷形貌进行了详细描述,并结合生产试验对DP780、DP980两个钢种的微裂纹缺陷的产生原因及控制方法进行了论述。微裂纹缺陷由于太过细小在铸坯、热轧钢卷表面均不可见;但是经过冷轧轧制,缺陷会放大延伸,最终在冷轧连退产品的表面形成不规则、带有黑色且有起点的树杈状线形缺陷。不同强度的双相钢裂纹缺陷产生的原因也不完全相同。对于冷轧整板面的树杈状裂纹缺陷控制的关键控制点有两个,一是着重关注铸坯浇筑过程中温度的均匀性,二是连铸过程中非金属元素尤其是N含量的控制。双相钢微裂纹缺陷受钢种特性影响不容易完全消除,但通过以上措施可以有效改善。

DP780QX双相钢CCT曲线分析

以DP780QX双相钢为研究对象,模拟研究了铸坯加热温度、铸坯保温时间、卷取温度、终轧温度等对其相变膨胀总量、膨胀速度、百分比以及抗拉强度的影响规律,并在此基础上进行了生产实践。模拟结果显示,热轧时的铸坯加热温度、铸坯保温时间、终轧温度、卷取温度(约620℃)等均不会对DP780QX热轧板的抗拉强度造成明显的影响;相变在569~456℃即已全部完成,其组织为铁素体+贝氏体,620℃卷取时抗拉强度约820 MPa,发生塌卷的可能性很小。实际生产中DP780QX热轧板强度波动较大的原因可能是热取样时间节点不一致。

高强度双相钢温热成形性能研究

以高强度双相钢DP780为研究对象,采用Gleeble板状拉伸试验方法研究不同温度下材料的流变特性,并对断口形貌与组织进行分析。结果表明:DP780材料的温热成形本构可采用改进的Voce形式进行准确描述;断口扫描形貌及截面组织与硬度分析结果显示,450~600℃时,断口形貌为韧窝状,且随温度提高,韧窝变动大而深,马氏体发生分解,逐步形成回火索氏体组织,硬度降低;温度达675℃时,断口为结晶状,组织发生再结晶与局部奥氏体化,冷却后形成马氏体与贝氏体组织,硬度提高。

断裂仿真中的网格尺寸效应与断裂曲线修正

有限元仿真模拟方法可实现对结构材料从变形到破坏全过程的有效预测,而仿真模型建立的精度对于预测的准确性至关重要。应用有限元对标优化方法建立DP780材料的光滑拉伸、缺口拉伸及剪切拉伸试样的准静态仿真模型。划分不同网格尺寸,逆推得到材料的大变形本构曲线,以及各试样的应力三轴度、罗德角参数,系统研究了网格尺寸对材料拉伸本构曲线及韧性断裂参数逆推结果的影响。基于Lou-Huh(2012)断裂准则模型建立了不同网格尺寸下的断裂曲线。采用GISSMO理论建立断裂应变的网格尺寸效应修正函数,并对平面应力条件下的断裂曲线进行修正。研究结果表明:随着网格的细化,塑性应变-真应力曲线的对标结果向大应变方向延伸并趋于收敛,相同试样所标定的应力三轴度值与临界断裂应变值增大。随着网格尺寸的增大,临界断裂应变呈现指数形式递减,网格尺寸大于2 mm后趋于平稳。基于网格尺寸效应修正的韧性断裂模型可有效降低材料断裂仿真分析对网格尺寸的敏感性。

Usibor2000/DP780GI/DP780GI电阻点焊接头显微组织和力学性能研究

利用金相显微镜、电子万能试验机和维氏硬度计等设备,研究了Usibor2000/DP780GI/DP780GI电阻点焊接头的显微组织和力学性能。结果表明,熔核区心部存在明显宏观缩孔,缩孔尺寸约为1.61mm×0.70mm。由熔核区至母材,Usibor2000侧显微组织依次为马氏体、马氏体、马氏体、马氏体+铁素体、回火马氏体、马氏体,而DP780GI侧依次为马氏体、马氏体、马氏体、马氏体+铁素体、铁素体+回火马氏体、铁素体+马氏体。Usibor2000和DP780GI热影响区均存在不同程度软化,软化率分别为33.5%和10.7%。电阻点焊接头的剪切拉伸最大力、十字拉伸最大力和熔核直径分别为34.64KN、7.92KN和10.28mm。

DP780高强钢板动态变形力学行为研究

通过准静态拉伸实验和0.1m/s,2m/s,10m/s和15m/s等4种拉伸速度下的动态冲击拉伸实验,对DP780高强钢板的动态变形行为进行了研究,得到了不同应变率下的应力-应变曲线,基于Johnson-Cook模型建立了可描述DP780高强钢变形应变率相关性的应力-应变关系模型。为更好地预测材料动态冲击条件下的应变率以及应力的变化,提出了一个基于宏观变量速度v的本构关系方程,数值拟合结果与实验结果十分吻合。

基于J-C型材料模型的整车正面碰撞结构优化

根据拉伸试验结果,考虑应变率效应及温度效应,确定了B420LA及HC420/780DP材料的J-C型动态拉伸本构方程,并将这2种材料用于某款新能源汽车的前纵梁结构设计。基于LS-DYNA程序,采用数值仿真的方法,考虑整车正面碰撞工况前纵梁结构的变形模式及压溃吸能效果,对前纵梁结构进行了优化设计。结果表明,优化后的前纵梁压溃变形模式更好、吸能效果更优,左、右侧整车加速度峰值由58.1g与56.2g分别降为38.0g与39.2g,前围板过程最大侵入量由208.7 mm降低为182.2 mm,符合汽车正面碰撞工况研发的需要。

双相钢DP780在循环加载-卸载过程中的非弹性回复行为及其微观机理

采用连续循环加载-卸载拉伸试验法研究了DP780的非弹性回复行为,确定了DP780在循环加载-卸载中应变回复的组成和比例。建立了卸载模量与塑性应变的数学模型。结合数值模拟和试验进行了模型验证。结果表明:DP780钢的平面各向异性不明显;由于卸载和重新加载循环非线性,卸载和重新加载轨迹构成了封闭环;卸载模量随着预应变的增大先快速下降,随后缓慢下降,在预应变达到6%后逐渐趋于稳定,卸载弹性模量降低17%;卸载总应变回复包括弹性部分和非弹性部分,并且后者所占比例高达11%。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)揭示了DP780非弹性回复的微观机理:塑性变形和奥氏体相变导致的位错密度增加,马氏体阻碍位错移动,造成大量的位错塞积,使可动位错发生弯曲,位错线长度增加,附加了弹性变形,导致了显著的非弹性回复行为。将得到的模型代入有限元模拟中,提高了模拟回弹的精度,使模具的回弹补偿更准确。

不同冲压速率的DP780杯突试验

在伺服压机板料测试系统上进行不同变形速率的金属板料杯突试验。对汽车用1mm厚的DP780双相高强钢板在曲柄压机速度规律下的胀形性能进行测定,冲压速度分别为2m/s、5m/s、11m/s、16m/s、22m/s、28m/s,并通过精密的传感器读取冲压力突变点的凸模位置的差值,以及对应的穿透破裂点时的凸模速度;得到的DP780高强钢板杯突值IE与变形速率v的关系曲线表明,随着变形速度的增大,板料IE值呈减小趋势;IE(v)方法所得结果较传统方法所测结果的IE值偏大,说明传统方法对实际生产的指导意义有限。对于不同应变速率条件下材料成形极限规律的研究,有助于掌握材料在不同使用条件下的性能和工艺宽裕度,灵敏传感器的应用可提高杯突试验的精度。

DP780高强度钢MAG焊搭接接头的组织和拉剪性能

利用扫描电镜、拉伸试验机等研究了不同热输入时DP780钢板熔化极活性气体(MAG)保护焊搭接接头的组织和拉剪强度,并对其拉剪断裂机理进行了讨论。结果表明:热输入在93～205J·mm-1范围内,接头的强度随着焊接热输入的增大而增大;焊接热输入较低时,接头上熔合区出现夹杂物聚集,减小了接头的有效承载面积,成为接头力学薄弱区;焊接热输入较高时,接头下板热影响区的马氏体分解,强度下降;接头熔合区和热影响区的断裂都属于韧性断裂。