不同成分780 MPa级高强双相钢成形性能对比分析

针对不同成分高强双相钢HC420/780 DPD+Z开展了性能对比分析。首先,在常规C-Si-Mn化学成分体系的基础上,通过增加微合金元素或改变原有化学成分含量形成了3种同强度级别的材料,对3种材料的金相组织和力学性能进行了对比分析;基于液压成形试验机对3种材料的成形极限曲线进行了对比,并与3种理论预测模型进行了对比;对3种材料的扩孔性能和折弯性能进行了对比;基于AutoForm搭建了某车型纵梁零件成形过程仿真模型,分析了3种材料的应变分布;通过折弯性能验证材料是否满足纵梁的成形需求。结果表明,对于增加微合金元素的材料,其组织得到明显细化,马氏体呈现出弥散细小的状态,材料的拉延能力增强;对于高碳含量的材料,其C和Cr元素的含量提高,Si元素含量降低,有明显的带状马氏体组织,晶粒尺寸增大,材料的塑性应变比r值增大;根据成形极限曲线可知,微合金成分材料的平面主应变最大,约为0.175,扩孔率最高,达到26.2%,90°折弯极限圆角半径优于其他两种材料,应用纵梁零件的开裂风险最小;高碳含量材料的平面主应变最小,约为0.133;常规成分材料的扩孔率最低,仅为13.0%,折弯性能也最差;微合金元素材料具有良好的拉延和弯曲综合成形性能,而高碳含量可以明显提升材料的折弯和扩孔性能。

汽车用不同显微组织高强钢板的扩孔性能

对热轧铁素体贝氏体双相钢FB60、铁素体马氏体双相钢DP600和铁素体珠光体钢SPFH590等三种汽车用高强钢板进行了扩孔试验,利用光学显微镜观察了扩孔裂纹的萌生和扩展,研究了不同钢的扩孔性能及开裂机理。结果表明:FB60钢的扩孔性能最优,DP600钢的最差;SPFH590钢与FB60钢具有相同的屈强比,但其扩孔性能却不及FB60钢的;组织对扩孔性能的影响与扩孔裂纹的萌生和扩展有关,FB60钢的裂纹萌生于铁素体内以及铁素体与贝氏体晶界,绕过贝氏体穿过铁素体扩展;SPFH590钢的裂纹萌生于铁素体与珠光体边界、珠光体内铁素体与渗碳体界面和铁素体内,极易沿铁素体与渗碳体片层扩展;DP600钢的裂纹萌生于铁素体与马氏体晶界,并沿晶界扩展。

奥氏体等温淬火工艺对冷轧高强钢扩孔性能的影响

双相钢钢板以其碳当量低、综合性能好的优点在汽车制造中获得广泛应用。但双相钢钢板的扩孔率不够理想,在一些翻边类的应用中表现不够好。以原本用于冷轧双相钢生产的钢板为研究对象,研究不同的奥氏体等温淬火温度对试验用钢扩孔性能的影响。研究结果表明:在Ms点附近的温度区间进行等温淬火,获得回火马氏体+贝氏体的多相组织,可以得到较理想的扩孔性能;在Ms以上的较高温度区间进行奥氏体等温淬火,由于等温过程中奥氏体不能完全转变为贝氏体,在后续冷却时转变成为较多的未回火马氏体,扩孔率反而下降。

580MPa级热轧高扩孔钢的组织与性能

摘要采用铌、钒、钛微合金化，通过控制TMCP工艺参数，研究了微合金元素铌、钒和钛对低碳钢显微组织、力学性能及成形性能的影响，探讨了铁素体＋贝氏体热轧高扩孔钢影响扩孔率的因素。研究结果表明，合理选择微合金元素铌和钛的添加比例，能够大幅度提高试验钢的强度，同时断后伸长率、加工硬化指数、扩孔性能良好；热轧高扩钢中的贝氏体能够起到阻挡裂纹扩展的作用，导致裂纹扩展转向，铁素体＋贝氏体组织有利于钢板扩孔性能提高。

GB／T20887．2—2010汽车用高强度热连轧高扩孔钢国家标准制订情况介绍

介绍了汽车用热轧高强度高扩孔钢GB／T20887．2—2010N家标准制定的原则及其主要技术内容。

冷却工艺对热轧高扩孔钢组织和性能的影响

研究了直接水冷和三段式冷却工艺对热轧高扩孔钢组织和性能的影响。结果表明，试验钢中的组织在直接水冷工艺下为准多边形铁素体和粒状贝氏体，在三段式冷却工艺下为等轴多边形铁素体和粒状贝氏体。三段式冷却工艺下空冷开冷温度和冷却时间对试验钢的组织和性能影响较大，采用三段式冷却工艺能够获得强度和成形性能优良的热轧高扩孔钢。

影响FB780先进高强度钢扩孔性能的因素

为研究影响FB780先进高强度钢扩孔性能的主要因素,按GB/T 15825.4-2008标准进行扩孔试验,采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计等对扩孔前后试验钢的显微组织、冲孔表面光亮带与撕裂带形貌、近冲孔孔缘2mm的微区硬度梯度以及扩孔件上贯穿裂纹处的形貌及其中的第二相进行了分析,得到了影响FB780钢扩孔性能的主要因素。结果表明:影响试验钢扩孔性能的主要因素为孔缘附近微区的硬度、显微组织及冲孔表面的质量;扩孔率随着孔缘附近微区的硬度显著增大而降低;扩孔过程中裂纹的形成与扩展是通过微孔聚集模式进行的;显微组织及冲孔表面质量的提高对扩孔性能有利。

卷取温度对热轧高扩孔540HE钢组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验机研究了卷取温度对工业生产的高扩孔540HE钢微观组织、力学性能及扩孔率的影响。结果表明:卷取温度变化可显著改变试验钢的铁素体晶粒尺寸、(Ti,Nb) C析出相形态和贝氏体含量,从而影响其力学性能及扩孔率。随着热轧卷取温度的降低,试验钢的屈服强度及抗拉强度升高,断后伸长率降低,扩孔率略有增加。低温卷取时铁素体晶粒尺寸较小,贝氏体含量增加,贝氏体细小且分布均匀;(Ti,Nb) C析出相细小弥散分布,可显著强化铁素体基体从而减小其与贝氏体硬度差异,有利于扩孔率的提升。

Si对580 MPa级热轧高扩孔钢组织性能及表面质量的影响

通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验机等手段,研究了Si元素对580 MPa级高扩孔钢(580HE)组织、性能及表面质量的影响。结果表明:580HE钢的基体组织为铁素体和粒状贝氏体,较高含量的Si细化了铁素体晶粒尺寸,降低了贝氏体含量,提高了钢的屈强强度和抗拉强度,这与Si元素的固溶强化、细晶强化等作用相关。由于Si强化了铁素体基体,增加了铁素体基体的硬度,缩小了铁素体与贝氏体两相之间的硬度差,从而提高了产品的扩孔率。同时,随着Si含量的增加,氧化铁皮厚度增加,且与基体界面不规则、呈凹凸不平状,导致热轧带钢表面红锈的数量增多。

切割工艺对1.5GPa级超高强度钢扩孔性能的影响

针对QP1500和TBF1470两种1.5 GPa级超高强度钢,分别研究了激光切割和线切割两种切割工艺对其扩孔性能的影响。结果表明,QP1500对切割工艺更为敏感,采用激光切割加工边部时扩孔性能显著降低,而TBF1470对切割工艺并不敏感。通过分析切割边部显微硬度和EBSD结果发现,采用激光切割时,试样边部经历局部高温并迅速冷却至室温的过程会产生大量淬火态马氏体组织,这是导致QP1500边部硬度提高从而扩孔性能降低的主要原因。通过基于数字图像相关技术的拉伸实验,进一步研究了切割工艺对QP1500和TBF1470单向拉伸性能的影响。结果表明,采用激光切割时QP1500试样的总伸长率和断裂应变较采用线切割时分别减小了11.59%和44.44%,而TBF1470单向拉伸性能几乎不受影响。采用180℃/20 min烘烤工艺对QP1500激光切割试样进行处理后,单向拉伸性能显著提升,达到与线切割试样相持的水平。

先进高强钢扩孔失效机制实验与跨尺度模拟

通过扩孔实验及微观组织表征实验研究了低碳马氏体钢扩孔的变形及失效机制,并基于实验结果分析,构建了跨尺度模拟方法,探讨了变形路径及晶体取向对低碳马氏体钢扩孔的变形及失效机制的影响。实验结果表明,扩孔变形后宏观裂纹分布与板料方向有关,微观孔洞的形核及生长与马氏体晶粒和夹杂物的形态及分布有关,断裂模式为微孔聚合型韧性断裂。变形导致的微孔形核点主要位于马氏体晶粒内、晶界间以及夹杂物周围,微孔生长方向为晶粒与夹杂物的长轴方向。模拟结果表明,晶体取向相同时,孔边缘外围最先发生断裂;变形路径相同时,晶体取向不同使得材料内部的应力及裂纹分布有所差异,与裂纹扩展方向平行的长轴晶粒更容易发生裂纹扩展。实验及模拟的一致性表明跨尺度建模方法可以有效地解释真实微观组织在复杂变形路径下的变形及损伤行为。

先进高强度钢板成形性能的检测与评价方法探讨

应用高强度钢和超高强度钢成为汽车减重和提高安全性的主要技术解决方案。不同组织特性和变形特征的先进高强钢,其成形性能的评价更为复杂。本文通过实验和理论分析验证现有成形性能检测与评价方法对先进高强钢的适用性。选取汽车行业应用广泛的先进高强钢,包括双相钢、复相钢、淬火延性钢和高成形性双相钢等,进行应变硬化指数、成形极限曲线和扩孔率等常规成形性能评价方法的检测和数据分析,发现由于先进高强钢的复杂应变硬化特性不能采用单一的应变硬化指数或成形极限图来表征其应变均化和极限成形能力,标准的扩孔率方法不能反映材料的边部成形质量敏感性。提出并讨论更全面的整体成形性和局部成形性的评价方法,用于更准确的表征先进高强度钢的成形性能,为材料评价和零件选择提供参考。

卷取温度对800MPa级高扩孔钢组织与性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机、冲孔扩孔试验机对不同卷取温度下800 MPa级热轧酸洗扩孔钢的组织、力学性能、扩孔性能进行分析。结果表明:卷取温度为450~600℃时,组织主要由铁素体+贝氏体组成,且随温度的升高,铁素体晶粒增大,贝氏体体积分数减少,材料的屈服强度和抗拉强度提升,伸长率变化不大,扩孔率明显减小。综合考虑,卷取温度为450~500℃时,抗拉强度在780 MPa以上,扩孔率达50%以上。

700 MPa级热轧高扩孔钢组织性能研究

以一种低碳+铌钛微合金试验钢为对象,通过研究轧制过程中不同冷却速度对高扩孔钢组织和性能的影响,开发出了700 MPa级热轧高扩孔钢,并研究和分析了扩孔试验后产生的裂纹情况。结果表明:当终轧温度870℃,卷取温度500℃,冷却速度30℃/s时,金相组织为铁素体和贝氏体,其中当铁素体体积分数约占60%时,抗拉强度达到719 MPa,扩孔率为81%,综合性能最好,满足用户使用要求。扩孔试验表明,当试验钢以微孔聚集制度形成裂纹及扩展时,缩小两相之间硬度差是降低裂纹扩展的有效手段。

退火工艺路径对980 MPa级高强钢组织及性能的影响

为了提升980 MPa级高强钢局部成形性能,采用万能试验机、场发射扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及综合成形试验机等研究了不同退火工艺路径的980 MPa高强钢微观组织和力学性能,并评价了其扩孔及局部成形性能。结果表明,除了有铁素体和马氏体两相外,新型Q&T工艺的组织结构还存在回火马氏体中间相,铁素体和马氏体平均晶粒尺寸分别为3.14μm和2.62μm,马氏体面积分数为61.0%,而传统工艺下为典型的铁素体及马氏体双相组织,铁素体和马氏体平均晶粒尺寸分别为4.77μm和2.77μm,马氏体面积分数为35.8%。两种工艺伸长率相差不大,但屈服强度和扩孔率具有明显差异,新型Q&T工艺下获得了更高的屈强比及扩孔性能,得益于其更小铁素体晶粒尺寸及铁素体和马氏体硬度差。传统工艺下真实断裂应变(TFS)与真实均匀应变εu比值为7.0,而新型Q&T工艺下比值为15.2,因此新型Q&T工艺下具有更优异的局部成形特性。

高强度热轧高扩孔钢的研制与开发

以一种低碳微合金钢为研究对象,采用热模拟试验对其连续冷却转变规律进行了研究,并通过实验室热轧进行了高强度热轧高扩孔钢的研制与开发。结果表明,冷速在2~10℃/s时,试验钢组织由铁素体和贝氏体构成,随冷却速率增加,铁素体含量降低。实验室热轧卷取后冷却至室温,所得钢板铁素体含量约为76%,铁素体晶粒尺寸约为5.8μm,抗拉强度大于670 MPa,扩孔率大于90.5%,伸长率大于21.0%。

冷却工艺对热轧高扩孔钢组织与性能的影响

采用分段式冷却模式,研究不同的空冷时间、卷取温度、冷却速度对高扩孔钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着空冷时间的延长,试验钢铁素体体积分数逐渐增加,钢的强度逐渐下降,伸长率及扩孔率逐渐提高;冷速在150℃/s时,马氏体组织转变导致钢板扩孔性能明显下降;当卷取温度为450℃、中间空冷时间为6~9 s、冷却速度为50℃/s时,可获得扩孔性能优良的600 MPa级高扩孔钢。

先进高强钢边部成形极限预测方法

为了对先进高强钢边部成形失效进行准确预测,采取试验和仿真相结合的方式,基于DIC方法开展圆柱凸模扩孔试验,采用Dynaform软件,基于3种断裂失效判据对先进高强钢DP980材料的边部成形极限进行仿真预测,并与试验结果进行比较。结果表明:DIC方法可以准确获得扩孔极限状态,并在线获得扩孔率,可提高扩孔率测量效率和准确性;采用Swift等向强化模型和Hill1948屈服模型预测的扩孔时的主、次应变分布,沿轧制方向与试验结果较为接近,但沿横向仍存在一定差异;进一步比较扩孔率数据,采用最大失效应变判据,扩孔率预测结果与试验更为接近,采用传统的FLC曲线进行预测,与试验结果偏差较大,不能作为边部失效的有效判据。

超高强双相钢扩孔性能试验研究

为充分认识超高强双相钢DP1180的抵抗边部开裂能力,从而更好地服务技术人员设计汽车零部件结构及成形工艺,基于标准扩孔试验,研究了落料后边部毛刺、二次扩孔、扩张速率、冲孔后静置时间、扩孔后静置时间等因素对超高强双相钢DP1180扩孔性能的影响。研究结果表明:落料后断面毛刺的大小对扩孔率影响较大,视觉可见的毛刺均会使材料扩孔率降低约50%。标准要求范围内,扩孔率随着扩孔速率的提高而增加,而随着预扩孔量的提高而降低。冲孔试样延迟扩孔试验显示,推迟扩孔后扩孔率有降低的趋势,但降幅不大。扩孔静置试验表明,在最高70%的扩孔率变形下,超高强双相钢DP1180无延迟断裂现象发生。

预变形对先进高强钢边部变形能力的影响

汽车板冲压成形过程中,高强钢的翻边、扩孔等边部变形多数在拉延变形工序后进行,以原板的扩孔率来评价材料的边部变形能力往往误差较大。基于此,选取了两种成分体系的先进高强钢HC420/780DP,利用单轴预拉伸及预拉伸后的标准扩孔试验,研究了预变形对先进高强钢HC420/780DP的边部变形能力的影响及其变化规律。研究结果表明:沿着轧向和垂直于轧向的预变形中,边部裂纹扩展的方向均与预变形的方向一致;随着预变形量的增加,先进高强钢HC420/780DP的边部变形能力降低,且C-Si-Mn成分体系的先进高强钢HC420/780DP的边部变形能力降低得更为明显;当预变形量相同时,随着板材厚度的增加,先进高强钢HC420/780DP的边部变形能力整体呈下降趋势。