供稿|王亞東，楊天一 / WANG Ya-dong, YANG Tian-yi

雙相鋼的特點與應用

雙相鋼是以相變強化為基礎，由低碳鋼或者低碳微合金鋼經兩相區(qū)熱處理或控軋控冷得到，其顯微組織主要為鐵素體和馬氏體，馬氏體以島狀彌散分布在鐵素體基體上。軟的鐵素體通常是連續(xù)的，賦予雙相鋼較低的屈強比、較大的延伸率，具有優(yōu)良的塑性；而硬的馬氏體則賦予其高的強度，同時鐵素體在變形過程中會遇到硬相馬氏體的阻礙產生大量位錯而快速地產生加工硬化，有利于流變應力均勻分布，這樣也促使雙相鋼具有良好的成形性能。雙相鋼具有低屈強比(σs/σb)、高初始加工硬化速率、高烘烤硬化性能、良好的強塑性匹配等特點[1-2]，已發(fā)展成為一種汽車用先進高強度沖壓用鋼。

雙相鋼一般用于需要高強度、高抗碰撞吸收能且有一定成形要求的汽車零件，如汽車B柱、縱梁、保險杠、懸掛系統(tǒng)及其加強件等。隨著鋼板的性能和沖壓成形技術的進步，雙相鋼也應用于內外板等汽車覆蓋件上。在國際鋼鐵協(xié)會ULSAB-AVC項目的用材情況和比例中，雙相鋼在其兩種概念車車身用材料中位居主要地位，均達到74%，是汽車上高強度鋼板使用量最大的鋼種[3-4]。

成形性能研究過程及方法

微觀組織及力學性能分析

如圖1所示，DP590冷軋雙相鋼的顯微組織主要由鐵素體和分布在其周圍的少量馬氏體組成，鐵素體晶粒尺寸約為11 μm。由這種雙相顯微組織產生優(yōu)良的力學性能，如低的屈服強度、高的抗拉強度、高的加工硬化和良好的延伸率。厚度不同的DP590冷軋雙相鋼其馬氏體含量也不同，厚度為1.5 mm和2.0 mm的DP590冷軋雙相鋼其馬氏體含量分別為14.1%和12.9%。

圖1 DP590冷軋雙相鋼的金相顯微組織。(a)1.5 mm厚的DP590組織；(b)2.0 mm厚的DP590組織

圖 2 DP590冷軋雙相鋼的SEM照片。(a) 1000倍下的DP590組織；(b) 5000倍下DP590組織

DP590冷軋雙相鋼在掃描電鏡下觀察，由圖2可以看出馬氏體島具有明顯的浮凸效應，并且具有白亮的邊圈，而鐵素體呈暗黑色。

DP590冷軋雙相鋼的屈服強度、抗拉強度、斷裂延伸率、加工硬化指數(shù)和塑性應變比等參數(shù)均對其成形性有一定的影響。拉伸試驗可以對雙相鋼的成形性能做初步的研究。

由表1可知，DP590冷軋雙相鋼的力學性能具有一定的優(yōu)越性，但相比深沖用鋼板，如DC06，其強度高、n值、r值和延伸率均較低[5]。屈服強度小的鋼板在較小應力下容易流動，成形后回彈小，定型性好。屈強比越小，即屈服強度小，抗拉強度大，材料的加工硬化大，在沖壓變形時，板料邊緣變形所需的力就小，在變形過程中零件危險斷面的承載能量越高，形成的殼體不易破壞，沖壓性能較好。

n值的物理意義為單向拉伸出現(xiàn)頸縮時的變形量，n值越大，代表材料均勻變形的能力越強，于是局部破裂的可能性降低。對于以拉漲為主的變形，變形的均勻性顯得重要，變形越均勻，總的變形量就大，因此n值越大，許可總的變形量大。

r值的物理意義為單向拉伸是寬度與厚度方向的應變比，r值越大，板面內變形比厚向變形更容易，于是材料不容易減薄，破裂的可能性降低。r值和材料的拉深性能優(yōu)劣直接相關。雙相鋼DP590的r值小于1，這主要是由于在晶粒位相上存在著對r值不利的馬氏體相，在塑性變形時在硬質馬氏體周圍產生了多重滑移導致變形雜亂所造成的。成形試驗時，雙相鋼容易在厚度方向上變形而導致開裂。

延伸率與鋼板的成形性能有密切的關系。延伸率直接決定著鋼板在拉伸變形中的沖壓性能，延伸率越大，鋼材的塑性變形能力越好[6]。

表1 DP590冷軋雙相鋼的力學性能

擴孔試驗及分析

將DP590冷軋鋼板在凸模速度為10 mm/min、壓邊力為100 kN、控制載荷為5 kN的試驗條件下進行擴孔試驗。試驗在板材成形試驗機，依據(jù)GB/T 15825.4—2008進行，試驗數(shù)據(jù)如表2所示，DP590冷軋鋼板擴孔率較低，擴孔性能較差，因此翻邊性能較差。

表2 DP590冷軋雙相鋼的擴孔試驗結果

擴孔性能和DP590的金相組織及力學性能有著密切的關系，DP590鋼板中的馬氏體起到提高強度的作用，在成形過程中阻礙位錯運動，產生加工硬化，應力應變指數(shù)n值迅速增加，導致DP590發(fā)生擴孔部分應力急速增加達到抗拉強度從而產生裂紋，擴孔試驗終止。因此DP590的擴孔性能較差沒有深沖用鋼板優(yōu)良[7]。n值越大在變形過程中應力分布均勻，成形程度越高，擴孔性能越好；延伸率越大，說明材料的可變形程度越大，隨著延伸率的增加，擴孔率明顯增加。

成形極限圖的建立與研究

成形極限圖可以較全面地表征各種鋼板在各種應力狀態(tài)下的成形性，是判斷和評定板材成形性最為簡單和直觀的方法，是解決板材沖壓成形問題的一個非常有效的工具[8]。繪制出成形極限圖可以有效評價鋼板的成形性能，具有一定的實際意義。依據(jù)標準GB/T 24171.2—2009，試驗在板材成形試驗機上進行，使用在線測量系統(tǒng)采集圖像數(shù)據(jù)，繪制成形極限圖FLD如圖3所示。

FLD0(平面應變特征點)是材料在平面應變狀態(tài)下的極限應變(e2=0)，其大小反映了材料的抗破裂能力，也是確定成形極限曲線位置的關鍵點。從圖3可以看出，不同厚度DP590冷軋雙相鋼的FLD0為30%左右，成形性能良好。

圖3 DP590冷軋雙相鋼的成形極限圖。(a) 1.5 mm厚的DP590；(b) 2.0 mm厚的DP590

結論

(1) DP590的微觀組織主要由連續(xù)分布鐵素體和彌散分布的馬氏體組成，晶粒尺寸約為11 μm。

(2) DP590的擴孔性能隨其n值和延伸率的增加而增大；但DP590中含有的馬氏體會降低其延伸率，使其擴孔性能相對較差。

(3) 建立成形極限圖，DP590冷軋雙相鋼的FLD0為30%左右，成形性能良好。

[1] Heller T，End B，Ehrhardt B，et a1．New high strength steels production，properties＆applications//40th MWSP Conf Proc．ISS，1998．25

[2] Shi M F，Thomas G H，Chen X M．Formability Performance Comparison Between Dual Phase and HSLA Steels//43th MWSP Conf Proc．ISS，2001，165

[3] 王利，楊雄飛，陸匠心．汽車輕量化用高強度鋼鋼板的發(fā)展．鋼鐵，2006，41(9)：1

[4] 康永林，鄺霜，于浩，等．汽車用雙相鋼的開發(fā)與研究進展．汽車工藝與材料，2005，(5)：1

[5] 張文瑞，曹陽根，楊尚磊，等．DC06鋼極限拉深系數(shù)測定．鍛壓技術，2014，(39)，41

[6] 許可．影響鋼板沖壓成形極限因素的研究．機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，20(4)：20

[7] 陳占杰．冷軋深沖板成形性研究．沈陽：東北大學，2010

[8] 胡世光，陳鶴錚．板料冷壓成形的工程解析．北京：國防工業(yè)出版社，2004，73