日本汽車用冷軋高強(qiáng)度鋼板開發(fā)概況

1、日本汽車用冷軋高強(qiáng)度鋼板開發(fā)概況來源：慧聰汽車配件網(wǎng)（一）汽車用冷軋高強(qiáng)度鋼板在快速發(fā)展隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，兼具輕型化和安全性要求的高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用亦在快速發(fā) 展，目前在車體上的應(yīng)用比已達(dá)30%。冷軋高強(qiáng)度鋼板的品種亦快速增加，由于連續(xù)退火 （CAL）技術(shù)的普及，如IF高強(qiáng)度鋼板、復(fù)合（雙相）組織鋼板、殘留奧氏體鋼板等一批 延伸性比過去優(yōu)良的高強(qiáng)度鋼板和拉抗強(qiáng)度高達(dá)1400MPa的超級高強(qiáng)度鋼板均已開發(fā)成 功。關(guān)于冷軋高強(qiáng)度鋼板的適用部件、應(yīng)用現(xiàn)狀和開發(fā)方向詳見表1。表1冷軋高強(qiáng)度鋼板的現(xiàn)用情況及開發(fā)方向適用部件要求性能現(xiàn)用材料強(qiáng)度水平（MPa） 開發(fā)方向及材料課題外板類（門、擋泥板和側(cè)板

2、）表面品質(zhì)張力剛性抗凹痕性耐腐蝕性烘 烤硬化型鋼板IF高強(qiáng)度鋼板-340鍍層表面品質(zhì)（Si、P）成形性（延伸、r值、n值）表面變形、 形狀穩(wěn)定性（YS）結(jié)構(gòu)材料（構(gòu)件、支柱）耐沖擊強(qiáng)度耐疲勞強(qiáng)度剛性固溶強(qiáng)化型鋼板析出強(qiáng) 化型鋼板復(fù)合組織鋼板440-590成形性（延伸、n值、彎曲性）鍍層適合性（Si）點焊性（C、P、 S）補強(qiáng)部件（門支柱梁、緩沖器加固支柱）耐沖擊強(qiáng)度耐疲勞強(qiáng)度復(fù)合組織鋼板馬氏體鋼板 780-1470成形性（延伸性、擴(kuò)孔性、彎曲性）點焊性（C、P、S）由此可知，對汽車門、擋泥板和側(cè)板等處板類使用強(qiáng)度340MPa以下，r值1. 52 較高的深沖性優(yōu)良的烘烤硬化型鋼板和IF高強(qiáng)度鋼板

3、，為抑制r值降低并提高強(qiáng)度，有效 地增加了 Mn、Si、P等固溶元素的加入量。但是外板類從耐腐蝕的觀點出發(fā)多采用鍍鋅板， 而上述元素因?qū)﹀儗颖砻尜|(zhì)量不利而使加入量受到一定制約。還有在強(qiáng)度提高的同時屈服強(qiáng) 度（YS）亦相應(yīng)上升，致產(chǎn)生表面變形易出現(xiàn)的問題。在構(gòu)件、支柱等結(jié)構(gòu)部件用的強(qiáng)度 為440 590MPa級的鋼板，由于靠提高含碳量以保強(qiáng)度，故r值處于1. 0左右的低水平， 如何靠延伸性以保成形性成為關(guān)鍵，另合碳量增加的同時還將使點焊性劣化，故在化學(xué)成分 設(shè)計時應(yīng)充分注意。還有從耐腐蝕性的觀點看對使用熱鍍鋅板的部位，對鍍層表面質(zhì)量的要 求雖不必像外板類那樣嚴(yán)格，但應(yīng)考慮底層的緊密性和防止鍍不上

4、等問題。汽車門支柱梁和 緩沖器加固支柱等補強(qiáng)部件用強(qiáng)度為780 1470MPa級的超級高強(qiáng)度鋼，成形主采取彎曲 加工，由于超高強(qiáng)度化帶來的切斷處和穿孔處對裂紋的敏感性較高，故應(yīng)根據(jù)部件形狀提高 擴(kuò)孔性，設(shè)計時應(yīng)考慮采用延伸性和擴(kuò)孔性具佳且兩者平衡的鋼板。本文將分類介紹最近的 開發(fā)事例和相關(guān)技術(shù)。（二）440MPa外飯用微細(xì)晶粒高強(qiáng)度鋼（1）利用晶粒的微細(xì)化。過去的IF鋼中加入Si、Mn、P等元素使強(qiáng)度提高到440MPa 的鋼板雖開發(fā)成功，但如上述的由于鍍層表面質(zhì)量和深沖性能兼?zhèn)漭^難，加上YS上升帶來 的表面變形問題，致未能用于外板類。對此，最近通過利用固溶強(qiáng)化的同時加上析出物彌散 強(qiáng)化和晶粒微

5、細(xì)化強(qiáng)化解決了上述問題，終于開發(fā)成功新型的微細(xì)粒型高強(qiáng)度鋼，它的合碳 量為過去的3倍，同時加入適當(dāng)?shù)腘b，使之形成微細(xì)的鈮碳氮化物，對固溶強(qiáng)化的一部分 以碳氮化物的彌散強(qiáng)化和鐵素體粒微細(xì)化強(qiáng)化代替。由此，固溶強(qiáng)化所必要的Si、Mn、P 的加入量得到削減，在確保鍍層表面質(zhì)量的同時，強(qiáng)度亦達(dá)到440MPa級。它和過去的IF 高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能對比如表2。表2440MPa級微細(xì)粒高強(qiáng)度鍍層用鋼的力學(xué)性能品種鋼號YS/MPaTS/MPaEl/%r值新 產(chǎn)品（SFG440GA）28544235.01.70 老產(chǎn)品（JAC440P）30044535.01.50由上可看出在深沖性r值改善的同時，由于細(xì)粒組織

6、使YS值下降，從而有利于供外板 用。（2）提高深沖性能。r值和再結(jié)晶集合組織關(guān)系密切，當(dāng)板面與平行的111面的集聚 度愈高則r值亦高。通過CAL和CGL （連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線）的連續(xù)退火時，當(dāng)提高退火溫 度使結(jié)晶粒更快成長時，111的集聚度更高便可得到高r值。為此，對于抑制晶粒成長 的微細(xì)粒高強(qiáng)度鋼曾擔(dān)心其特性劣化，但實際上雖退火后粒徑很小，而仍得到了高r值，這 主由熱軋板的晶粒微細(xì)化，在退火時以上述111 面的粒界優(yōu)先性核的生成頻率加大所致。 由于細(xì)粒才實現(xiàn)了高r值，對防止晶粒粗大造成的表面粗糙亦十分有利。（3）通過PFZ降低YS。從過去即知，隨著晶粒的微細(xì)化YS將按Hall-Petch法則

7、而上升。這次相反的微細(xì)晶粒高強(qiáng)度鋼卻得到了低YS，乃由于微細(xì)碳氮化物的分布形態(tài)所 致。經(jīng)用復(fù)制試樣法用電子顯微鏡對Nb碳氮化物的分布形態(tài)觀察的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)沿晶界有 1m寬的無碳化物區(qū)（PFZ）存在，在PFZ區(qū)由于碳氮化物的密度低，致此結(jié)晶粒內(nèi)的YS 低，當(dāng)變形時此區(qū)首先發(fā)生微觀的屈服，故使YS降低，進(jìn)一步變形時則由碳氮化物分散存 在的粒內(nèi)變形，故得到和老產(chǎn)品同等的抗拉強(qiáng)度。這種微細(xì)粒型高強(qiáng)度鋼板已在一部分側(cè)板 和結(jié)構(gòu)部件上應(yīng)用，今后將對輕型化作出貢獻(xiàn)。（三）結(jié)構(gòu)部件用熱鍍鋅復(fù)合組織高強(qiáng)度鋼（1）考慮點焊性的化學(xué)成分設(shè)計。如前所知，隨著高強(qiáng)度化焊接性的問題亦明顯化， 隨著590MPa級高強(qiáng)度鋼的實

8、用化，這一問題更受到人們重視。經(jīng)對各種強(qiáng)度水平的高強(qiáng) 度鋼進(jìn)行了點焊接頭的剪斷拉伸和十字拉伸試驗（按JIS規(guī)定）評價結(jié)果，剪斷拉伸強(qiáng)度隨 高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度上升而增大，而十字拉伸強(qiáng)度則和高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度變化無關(guān)，且因多在焊區(qū) 內(nèi)破斷致偏低，為此有采取對策的必要。經(jīng)多次研究后知它和碳、硫、磷的含量有關(guān)，即C +2/3P+0. 153%時則在焊區(qū)內(nèi)破斷，若小于上值則多在母材上破斷，為此對上述成分應(yīng) 嚴(yán)格控制。又發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼的主要強(qiáng)化元素Si、Mn、Nb則不受影響，這主由于板厚很薄 的冷軋鋼板，其焊接部的冷卻速度很大，不管Si、Mn等淬火性元素的有無，基本上完全進(jìn) 入了淬火狀態(tài)所致。為此，在化學(xué)成分的設(shè)計

9、思想上應(yīng)抑制不純成分的硫、磷外，并在盡可 能控制碳的低含量下以提高強(qiáng)度，這對下述的復(fù)合組織鋼板的實用化亦有關(guān)系。(2)熱鍍鋅用復(fù)合組織高強(qiáng)度鋼。強(qiáng)度為590 780MPa級并利用TRIP效果具有卓 越延伸性的殘留奧氏體鋼板已開發(fā)成功，但從鍍層性的觀點看，由于對組織穩(wěn)定化和提高延 伸性有效的Si受到制約，加上在CGL的熱循環(huán)中等溫淬火難以完全進(jìn)行，致作為熱鍍鋅用 板尚未實用化，只能用于不要求耐蝕性的部件。對此，由鐵素體和馬氏體形成的復(fù)合組織鋼 板，盡管延伸性比殘留奧氏體鋼板差，但YS低且形狀穩(wěn)定性好，近年開發(fā)成功的590MPa 級熱鍍鋅用鋼板已在多種部件上應(yīng)用。由鐵素體和奧氏體組成的雙相鋼在退火

10、后急冷時，奧 氏體即變態(tài)為馬氏體形成復(fù)合組織，而在熱鍍鋅過程中經(jīng)在鍍液中合金化熱處理后只冷卻速 度略慢，其溫度曲線和上述連續(xù)退火相仿，加上Mn、Cr、Mo等奧氏體穩(wěn)定化元素的作用， 更有利于形成穩(wěn)定的復(fù)合組織?，F(xiàn)已開發(fā)成功強(qiáng)度達(dá)780MPa級的熱鍍鋅用復(fù)合組織鋼板， 并接近實用化。980MPa級板框用超高強(qiáng)度鋼超高強(qiáng)度鋼過去主用于車門支柱梁和緩沖器加固支柱等補強(qiáng)材料，最近開發(fā)研究用于車 的內(nèi)裝部件，并已在超輕型板框上試用。板框用部件由壓力機(jī)成形制造，要求延伸性和擴(kuò)孔 性保持平衡，有些部件還需采取特殊的機(jī)械方式結(jié)合，現(xiàn)適應(yīng)上述要求的超高強(qiáng)度鋼已開發(fā) 成功。(1)延伸性和擴(kuò)孔性平衡技術(shù)。從壓力機(jī)成

11、形的觀點要求延伸性和擴(kuò)孔性保持適當(dāng)?shù)?平衡，一般對具有鐵素體+馬氏體復(fù)合組織的低屈服比型高強(qiáng)度鋼改善其擴(kuò)孔性后應(yīng)用。評 價擴(kuò)孔性采用擴(kuò)孔試驗法，即對鋼板沖孔后，以尖角60的沖頭加力進(jìn)行擴(kuò)孔，直到裂紋貫 通板厚為止。由于復(fù)合組織鋼板的擴(kuò)孔成形部受軟質(zhì)鐵素體和硬質(zhì)馬氏體變形能之差的影響 而使相界面開裂，故通過降低鐵素體和馬氏體的硬度比可明顯提高擴(kuò)孔率，具體見表3。表3鐵素體和馬氏體硬度比對擴(kuò)孔率的影響硬度比1.31.41.51.71.92.1擴(kuò)孔率 (JAC440P) 705842322520板框用高強(qiáng)度鋼即根據(jù)這一原理，將馬氏體積比較過去擴(kuò)大而將其中的合碳量下降，從 而降低了和鐵素體的硬度差，使擴(kuò)孔率由原來的30%提高到50%左右。(2)適合機(jī)械結(jié)合的超高擴(kuò)孔性鋼板。超輕板框的一部分部件采取用成形模具將復(fù)數(shù) 鋼板壓合(TOX法)的機(jī)械結(jié)合法，它比焊接法簡單而成本低，但在高強(qiáng)度鋼的壓合部易 產(chǎn)生裂紋，故過去多用于軟鋼和鋁材。經(jīng)試驗用上述改善擴(kuò)孔性的雙相鋼用TOX法加工時， 發(fā)現(xiàn)在鐵素體和馬氏體界面的疏松處仍易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)然通過雙相硬度差的減少致裂紋產(chǎn)生 的幾率亦會降低，但改善畢竟有一定限度，為確保質(zhì)量于是開發(fā)成功馬氏體單相組的高強(qiáng)度 鋼。由于馬氏體單相化，擴(kuò)孔率猛升至100%