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        本鋼370 MPa級高強IF鋼熱鍍鋅板生產工藝優(yōu)化

        2015-12-05 06:39:40供稿周宏偉金月桂王鯤鵬李沈洋
        金屬世界 2015年2期
        關鍵詞:本鋼脆性高強

        供稿|周宏偉,金月桂,王鯤鵬,李沈洋

        本鋼370 MPa級高強IF鋼熱鍍鋅板生產工藝優(yōu)化

        供稿|周宏偉,金月桂,王鯤鵬,李沈洋

        本文介紹了本鋼370 MPa級深沖高強熱鍍鋅板生產工藝設計及優(yōu)化,根據強度和成形性能等要求,對化學成分和軋制工藝進行設計,重點研究實際生產中化學成分的控制,熱軋、冷軋、連續(xù)退火及熱鍍鋅工序關鍵參數的控制要點,通過分析產品的微觀組織及各項性能指標,對生產工藝進行優(yōu)化。優(yōu)化后產品的力學性能和成形性能良好,應用于變形較復雜的汽車高強結構件。

        高強IF鋼又稱為深沖高強鋼,不僅具有較高的強度,而且有良好的深沖性能,其主要用途是汽車內部結構件以及車身覆蓋件,以達到零件減薄和提高抗凹陷性的目的[1]。

        370 MPa級的高強IF鋼是目前應用最廣泛,使用量最多的一類產品。本鋼370 MPa級高強IF鋼熱鍍鋅板的研發(fā)是結合其成形性能和強度的要求,成分、工藝的設計和控制主要根據固溶強化原理,同時結合了晶粒細化及析出強化機理,并在生產中對成分進行微調,對熱軋及連續(xù)退火工藝逐步進行優(yōu)化,現已形成工業(yè)化生產,產品具有優(yōu)良的力學性能、成形性能。

        成分及工藝設計

        成分設計

        熱鍍鋅高強度IF鋼采用IF鋼為基體,C、N含量均控制在0.004%以下,對提高r值有利。微合金元素Nb、Ti含量對IF鋼的性能有重要的作用[2],可以減少C、N的影響,從而達到提高產品的成形性能的目的。

        提高強度的手段主要是在IF鋼中添加常用的固溶強化元素P、Mn 等[3],由于P是一種成本較低但強化效果好的元素,兼顧成形性和較高強度的鋼板都離不開P,但二次加工脆性的問題是加P的IF鋼必須考慮的,一般通過加入B來解決。Mn提高同樣的強度所需的添加量較大,用Mn強化的IF鋼對二次加工脆性較不敏感,但是Mn含量過高,會使產品的延伸率和r值惡化,而且會使熱鍍鋅工序的難度加大,因此一般采用P和Mn復合添加的方式。

        微合金化元素Nb、Ti的加入對提高強度有一定作用,一是其對基體晶粒有細化作用,二是Nb、Ti的化合物產生析出強化作用[4]。

        本鋼370 MPa級高強IF鋼采用Nb-Ti-IF鋼,P、Mn作為主要強化元素,并添加微量B。

        熱連軋工藝

        考慮到對最終產品性能和表面質量的影響,熱連軋采用低溫加熱,加熱溫度的目標值低于1200 ℃。

        高溫終軋和軋后快冷可以使熱軋鋼板的晶粒均勻,可使最終產品形成有利織構。結合實際,終軋溫度按高于AC3點10~20℃控制。

        卷取溫度是熱軋工序的最關鍵參數,采用高溫卷取的,有利于第二相質點的析出和基體晶粒的粗化,可提高深沖性能,但要避免高溫卷取對產品表面質量造成的不利影響。

        冷軋壓下率

        冷軋壓下率對r值有影響,按不同的產品規(guī)格采用較高的冷軋壓下率,但同時要考慮到軋機能力和板形等方面因素。

        退火溫度

        提高退火溫度,可使r值增大,但過高的溫度會造成晶粒長大,減弱細晶強化效果。

        為了獲得退火工藝與產品最終性能的良好匹配,進行模擬退火實驗,以初步確定退火溫度的控制范圍。

        生產工藝優(yōu)化

        優(yōu)化前產品性能

        結合汽車廠的訂貨合同進行了初期的試制生產,各項性能滿足標準要求,性能指標見表1。

        通過小批量用戶試驗,產品基本滿足其使用要求,但個別批次出現沖壓廢品,結合用戶的建議,對產品的生產工藝進行了優(yōu)化。

        成分及工藝優(yōu)化

        根據試制階段的關鍵工藝控制情況及其對產品性能的影響,對化學成分中的Mn、P含量以及熱軋卷取溫度、連續(xù)退火均熱段帶溫控制進行調整,具體內容見表2。

        工藝優(yōu)化后,進行了批量工業(yè)生產,與優(yōu)化前相比,產品強度降低10 MPa左右,延伸率及r值有所提升,見表3。

        生產檢驗結果及后續(xù)的用戶使用情況表明,優(yōu)化后的產品性能滿足汽車部件的使用需求。

        表1 試制產品力學性能

        表2 優(yōu)化項目

        表3 優(yōu)化后力學性能

        組織和性能

        對工藝優(yōu)化后產品的組織和各項性能指標進行綜合評定。

        金相組織

        圖1為典型的金相組織照片。金相組織為均勻的鐵素體組織,晶粒度8~10級。

        圖1 金相組織

        基板織構

        織構分析采用用X射線衍射儀,典型的ODF圖見圖2。

        圖2 ODF圖

        產品的{111}織構極密度高,這類織構有利于產品的沖壓成形。

        二次加工脆性

        高強IF鋼中,P在晶界的偏析使晶界斷裂更容易發(fā)生,在沖壓成形后的使用過程中存在受低溫沖擊而斷裂的危險,稱為二次加工脆性,又稱冷加工脆性。

        二次加工脆性的評定有多種試驗分析方法,本鋼采用普遍應用的沖杯法對這項指標進行評定,試驗數據見表4,試驗樣杯見圖3。

        表4 試驗數據

        圖3 試驗樣杯

        初始溫度選擇為0 ℃,未出現裂紋,然后試驗-10 ℃至-60 ℃,任何樣杯未出現裂紋,其二次加工脆性溫度在-60 ℃以下。

        焊接性能

        點焊試驗委托美國EQS實驗室檢測,采用不同的焊接電流和焊接時間,焊接后對焊縫處進行檢驗,檢驗標準采用GWS-5A,其焊接性能良好。

        圖4 焊接試樣

        產品應用

        本鋼370 MPa級高強IF鋼現已穩(wěn)定供給國內外幾十家汽車制造企業(yè),應用于多種汽車結構件的制造,圖5為某制件照片。

        結論

        (1)采用Nb、Ti復合IF鋼,主要強化元素P、Mn,并添加微量B解決二次加工脆性的問題,這種成分設計可滿足各項性能要求。

        (2)通過適當降低Mn、P含量,提高熱軋卷取溫度和連續(xù)退火均熱段帶溫的優(yōu)化措施,使強度降低10 MPa左右,延伸率及r值有所提升,提高了產品的沖壓成形性能。

        圖5 汽車零件

        (3)二次加工脆性及焊接性能指標符合相關標準,滿足汽車部件的使用需求。

        [1] 姚貴升, 景麗媛. 汽車用鋼應用技術. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2007: 269

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

        [3] Nobuyuki TAKAHASHI, Kenji MATSUZUKA, Yoshikuni FURUNO, etc. Effect of Alloying Elements and Annealing Cycles on Strengthening of Continuously Annealed Cold Rolled Sheet. Tetsu to Hagane, 1982, 68(9): 1378

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

        Process Optimization of 370 MPa Hot Dip Galvanizing High Strength IF Steel Plates in BX Steel

        / ZHOU Hong-wei, JIN Yue-gui, WANG Kun-peng, LI Shen-yang

        10.3969/j.issn.1000–6826.2015.02.16

        周宏偉(1974—),男,漢,碩士研究生,教授研究員級高級工程師。

        本鋼集團有限公司汽車板研發(fā)所,遼寧 本溪 117000

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