440MPa 級(jí)高強(qiáng) IF 鋼合金化鍍鋅產(chǎn)品是目前應(yīng)用在汽車車身上最高強(qiáng)度級(jí)別的 IF 鋼，不僅具有較高的強(qiáng)度、良好的深沖性能，并且具有合金化鍍鋅產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，焊接性、涂裝性優(yōu)良[1]。

本鋼 2009 年開(kāi)始研發(fā)汽車用合金化鍍鋅 440 MPa級(jí)高強(qiáng) IF 鋼，在本鋼浦項(xiàng) 1# 熱鍍鋅線生產(chǎn)，為滿足 440 MPa 級(jí)高強(qiáng) IF 鋼的強(qiáng)度和成形性能要求，根據(jù)固溶強(qiáng)化、晶粒細(xì)化及析出強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行成分、工藝的設(shè)計(jì)和控制，現(xiàn)已形成工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品具有優(yōu)良的力學(xué)性能、成形性能、表面質(zhì)量良好，應(yīng)用于轎車的橫梁、縱梁等要求深沖性能的高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件。

關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)及控制

強(qiáng)化機(jī)制及成分設(shè)計(jì)

采用 IF 鋼為基體，C、N 含量盡量降低，對(duì)提高塑性應(yīng)變比 r 值有利。微合金元素 Nb、Ti 含量對(duì) IF 鋼的性能有至關(guān)重要的影響[2]，合理的添加量可提高產(chǎn)品的成形性能。

高強(qiáng)度 IF 鋼主要通過(guò)在 IF 鋼中添加 P、Mn、Si 等固溶強(qiáng)化元素來(lái)提高強(qiáng)度，同時(shí)根據(jù)不同的成分及工藝設(shè)計(jì)，其他強(qiáng)化機(jī)制也起到了重要的作用。P、Mn、Si 是常用的固溶強(qiáng)化元素[3]；由于 P 是一種價(jià)格便宜而且強(qiáng)化能力大的元素，要求深沖性的高強(qiáng)度鋼板都離不開(kāi) P。但在 IF 鋼中添加 P 必須考慮冷加工脆性問(wèn)題，通常需加入微量 B 來(lái)解決。Si 的強(qiáng)化能力僅次于 P，但其含量高會(huì)影響鍍層的附著性和表面質(zhì)量，故鍍鋅板一般不用 Si 作強(qiáng)化元素。Mn 提高同樣的強(qiáng)度所需的添加量較大，Mn 含量過(guò)高，會(huì)使延伸率和 r 值急劇下降，而且會(huì)影響鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量，但是用 Mn 強(qiáng)化的 IF 鋼對(duì)冷加工脆性較不敏感。因此高強(qiáng) IF 鋼熱鍍鋅板中一般采用 P、Mn 復(fù)合添加的方式。

同時(shí)合金元素 Nb、Ti 的加入對(duì)基體晶粒有細(xì)化作用，Nb、Ti 與 C、N 的化合物產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用[4]，這兩方面因素都對(duì)高強(qiáng) IF 鋼強(qiáng)度的提高有一定作用。

另外研究表明[5]，超低碳鋼中添加少量 Cr 可使屈服點(diǎn)降低，抗拉強(qiáng)度提高，降低鋼板的屈強(qiáng)比，有利于沖壓成形。

根據(jù)以上的強(qiáng)化機(jī)制，本鋼種成分設(shè)計(jì)思路為采用 Nb-Ti-IF鋼，P、Mn 作為主要強(qiáng)化元素，適當(dāng)添加少量 Cr 及微量 B。其中主要強(qiáng)化元素 P 含量按0.08%～0.10% 控制，Mn 含量按1.10%～1.30% 控制。

熱連軋關(guān)鍵工藝及控制

◆ 加熱溫度

綜合考慮對(duì)性能和表面質(zhì)量各種影響因素，加熱溫度按不高于 1210℃ 控制。

◆ 終軋溫度和卷取溫度

終軋溫度略高于 Ar3(鐵碳相圖中，冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出游離鐵素體的溫度) 和終軋后立即快速冷卻，可以使熱軋鋼板中獲得均勻的晶粒，對(duì)冷軋退火后形成有利織構(gòu)有好處。綜合考慮，終軋溫度按高于 875℃ 控制。

卷取溫度的高低，直接影響到第二相質(zhì)點(diǎn)的析出和析出物的形態(tài)、大小、分布，卷取溫度越高越有利于第二相質(zhì)點(diǎn)的析出和晶粒粗化，有利于IF鋼深沖性能的提高，但高溫卷取使熱軋板晶粒較粗大，對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度產(chǎn)生影響，而且會(huì)影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。綜合考慮，卷取溫度按 660～690℃ 控制。

冷軋壓下率

高的冷軋壓下率對(duì)提高 r 值有利。因本鋼種強(qiáng)度較高，考慮到軋機(jī)能力和板形等方面因素，冷軋壓下率實(shí)際按 70% 左右控制。

連續(xù)退火溫度

隨著退火溫度的提高，r 值增大，但高溫退火會(huì)造成晶粒長(zhǎng)大，不利于細(xì)晶強(qiáng)化效果。

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，以獲得連續(xù)退火工藝與產(chǎn)品最終性能的最佳匹配。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果，考慮到生產(chǎn)成本及對(duì)強(qiáng)度和沖壓性能的要求，確定退火溫度按 790～810℃ 控制。

組織和性能

金相組織

金相組織為均勻的鐵素體，平均晶粒直徑11～18 μm，晶粒度 8.5～9.5 級(jí)。圖1 為典型的金相組織照片。

晶粒度比普通 IF 鋼產(chǎn)品高 1～2 級(jí)，可起到一定的細(xì)晶強(qiáng)化效果。

圖1 金相組織

圖2 析出物形貌

析出物的 TEM 觀察

通過(guò) TEM (透射電子顯微鏡 Transmission electron microscope，縮寫(xiě) TEM) 觀察析出物的形貌，析出顆粒尺寸 10～120 nm，見(jiàn)圖2。經(jīng)能譜分析，主要含有 C、N、Nb、Ti 元素，其中細(xì)小的析出物對(duì)提高鋼板強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)。

鋼基織構(gòu)

用 X 射線衍射儀進(jìn)行織構(gòu)分析，圖3 為典型的ODF (用三維取向分布函數(shù)表示織構(gòu)的方法) 圖。

產(chǎn)品的{111}織構(gòu)極密度較高，這種織構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的沖壓成形有利，可使鋼板獲得良好的深沖性能。

圖3 ODF 圖

力學(xué)性能

表1 列出了產(chǎn)品的力學(xué)性能生產(chǎn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，強(qiáng)度達(dá)到 440 MPa 級(jí)產(chǎn)品要求，且具有較高的延伸率。

成形性能

表2列出了成形性能檢驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)品具有較高的 n 值 (應(yīng)變硬化指數(shù)) 和 r 值。

表1 力學(xué)性能

表2 成形性能

產(chǎn)品應(yīng)用

本鋼 440 MPa 級(jí)高強(qiáng) IF 鋼合金化鍍鋅產(chǎn)品現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)，穩(wěn)定供給汽車制造企業(yè)，應(yīng)用于轎車的橫梁、縱梁等要求深沖性能的高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件，滿足用戶的使用要求。

結(jié)論

1) 采用 Nb-Ti-IF 鋼，P、Mn 作為主要強(qiáng)化元素，適當(dāng)添加少量 Cr 及微量 B 的成分設(shè)計(jì)可滿足 440 MPa 級(jí)高強(qiáng) IF 鋼合金化鍍鋅產(chǎn)品的性能要求。

2) 高于 875℃ 的終軋溫度、660～690℃ 的卷取溫度、70% 的冷軋壓下率及 790～810℃ 的退火溫度等關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)合理。

3) 微觀組織觀察表明，除 P、Mn 元素的固溶強(qiáng)化作用外，Nb、Ti 元素起到了晶粒細(xì)化及析出強(qiáng)化效果。

[1]Rolf Brisberger, Werner Bechem, Lutz Leyhe. 影響合金化熱鍍鋅鋼板質(zhì)量的生產(chǎn)工藝參數(shù). 世界鋼鐵，2002, 2(6):46

[2]康永林. 現(xiàn)代汽車板工藝及成形理論與技術(shù). 北京:冶金工業(yè)出版社, 2009: 55

[3]Nobuyuki Takahashi, etc. Effect of Alloying Elements and Annealing Cycles on Strengthening of Continuously Annealed Cold Rolled Sheet. Tetsu to Hagane, 1982, 68:252.

[4]于燕, 劉相華, 王華, 等. 汽車用高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)化機(jī)理研究. 汽車工藝與材料, 2006, (7):12.

[5]高宏適. Cr對(duì)超低碳冷軋鋼板屈服強(qiáng)度的影響. 世界金屬導(dǎo)報(bào),2010-07-13(12).