前言
隨著高強(qiáng)度鋼板在汽車零部件應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，隨之對(duì)鋼板加工性的要求也越來越高。尤其是，近年來鋼板的高強(qiáng)度化技術(shù)迅速發(fā)展，除了以往要求的強(qiáng)度－延伸特性外，還要求具有高的延伸凸緣性。對(duì)此，神戶制鋼公司開發(fā)了具有強(qiáng)度、延伸特性和延伸凸緣性的980MPa級(jí)冷軋鋼板。為使組織控制技術(shù)比普通鋼進(jìn)一步提高，確保獲得高延伸率所需的鐵素體相的數(shù)量，提高延伸凸緣性，通過添加鐵素體的固溶強(qiáng)化元素和重新認(rèn)識(shí)馬氏體的回火溫度，減小兩相的硬度之差，開發(fā)了具有很高加工性能的鋼板，其延伸率和延伸凸緣性比普通鋼的好。
為擴(kuò)大高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用，除了要求其強(qiáng)度－加工性平衡良好外，還必須滿足各種特性。其中最重要的特性之一是焊接性。為提高鋼鐵材料的強(qiáng)度，一般需要使用大量的合金元素，因此隨著強(qiáng)度的提高，鋼中的化學(xué)成分會(huì)增加，焊接性會(huì)變差。對(duì)此，神戶制鋼公司找出了優(yōu)化鋼中化學(xué)成分，尤其是減少C量，而且能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的最佳成分設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用這一方法，開發(fā)了具有良好焊接性能、低C系780、980MPa級(jí)冷軋鋼板和GA鋼板，并已開始商業(yè)化生產(chǎn)。
1 980MPa級(jí)合金化熱鍍鋅鋼板
作為低屈服比型合金化熱鍍鋅鋼板。神戶制鋼公司以前已開發(fā)了590MPa級(jí)和780MPa級(jí)GA鋼板。作為其設(shè)計(jì)概念，為確保汽車用鋼板所要求的成形性和焊接性，因此采用低合金成分獲得鐵素體＋馬氏體復(fù)合組織的思想已成為共同的設(shè)計(jì)概念，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)確立。在將鋼板的強(qiáng)度提高到980MPa級(jí)時(shí)，也是基于這種思想進(jìn)行最佳成分系的設(shè)計(jì)。既能確保延性，又能提高強(qiáng)度的設(shè)計(jì)思想如下：
1）雖然Mn作為固溶強(qiáng)化元素是有效的，但為確保鐵素體相的延性，應(yīng)盡量少添加。
2）Cr和Mo是提高淬火性的元素，有助于增加馬氏體相的體積百分率。另外，C有助于提高馬氏體相的硬度。但是，任何一種元素如果過分添加會(huì)導(dǎo)致焊接性的下降，因此應(yīng)復(fù)合添加能提高強(qiáng)度所需的量。
由于開發(fā)鋼是按照上述成分進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此即使批量生產(chǎn)，也能獲得穩(wěn)定的特性。
開發(fā)鋼具有高的延伸特性，不亞于冷軋鋼板。開發(fā)鋼的成形極限曲線與冷軋鋼板的基本相同。將鋼板制成直徑50mm的圓筒凸模（圓筒凸模＝10mm），對(duì)凸肚成形時(shí)的極限深沖系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明開發(fā)鋼的壓制成形載荷低，與GA780MPa級(jí)鋼板基本相同，深沖系數(shù)與冷軋鋼板基本相同。
對(duì)開發(fā)鋼的焊接性和冷軋鋼板的焊接性進(jìn)行了比較。通過改變焊接電流值，對(duì)板厚為1.4mm的各種試驗(yàn)鋼板進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。調(diào)查了焊接接頭的剪切抗拉強(qiáng)度和斷裂后測(cè)定的熔核直徑的關(guān)系，結(jié)果可知開發(fā)鋼的熔核斷裂臨界直徑比冷軋鋼板的大。另外，在發(fā)生熔核斷裂時(shí)，接頭強(qiáng)度大大超過了JIS標(biāo)準(zhǔn)。十字形拉力強(qiáng)度的斷裂形式受化學(xué)成分的影響大，即使母材強(qiáng)度增加，在發(fā)生熔核內(nèi)部斷裂和剝落斷裂的情況下，有時(shí)強(qiáng)度也沒有發(fā)生變化。開發(fā)鋼從低電流區(qū)域就確保十分的強(qiáng)度，熔核內(nèi)部幾乎沒有發(fā)生斷裂，直到高電流值才發(fā)生熔核斷裂。另外，在斷裂傳播超前，強(qiáng)度與電流值一起升高，兩者之間看不到有大的強(qiáng)度偏差。與冷軋鋼板相比，開發(fā)鋼從熔核斷裂后到斷裂傳播前的電流值范圍大。可以認(rèn)為這是因?yàn)閷⒏邚?qiáng)度化所需添加元素的增加量被抑制到最小的成分設(shè)計(jì)發(fā)揮效果所致。在發(fā)生斷裂傳播以后的高電流區(qū)域，由于強(qiáng)度波動(dòng)大，因此應(yīng)設(shè)定最佳電流值。
對(duì)開發(fā)鋼進(jìn)行了彎曲加工，將其制作成帽形抗壓試驗(yàn)材料，調(diào)查了抗壓特性。試驗(yàn)材料點(diǎn)焊的打點(diǎn)間隔為50mm。軸向抗壓試驗(yàn)用零件的軸向長(zhǎng)度為300mm，3點(diǎn)彎曲抗壓試驗(yàn)用零件的軸向長(zhǎng)度為1000mm。將重錘從一定高度落下進(jìn)行試驗(yàn)。采用試驗(yàn)材料下方的負(fù)荷傳感器測(cè)定沖擊載荷，采用激光位移計(jì)測(cè)定位移輸出功率。根據(jù)載荷－位移曲線求出在位移50mm之前的吸收能。結(jié)果可知，隨著抗拉強(qiáng)度的提高，吸收能會(huì)增加，有助于提高零部件的強(qiáng)度。
2 超細(xì)晶組織型超高強(qiáng)度冷軋鋼板
在汽車用冷軋鋼板中，如減震器和車門防撞桁條等已開始采用強(qiáng)度超過980MPa級(jí)的超高強(qiáng)度鋼板。最近，與碰撞安全性有關(guān)的法規(guī)得到了加強(qiáng)，超高強(qiáng)度材料開始應(yīng)用于汽車車身零部件。在超高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用擴(kuò)大的同時(shí)，熱沖壓和高頻加熱等熱處理技術(shù)也開始應(yīng)用于超高強(qiáng)度零部件。在應(yīng)用超高強(qiáng)度鋼板時(shí)，耐延遲斷裂特性成為了一個(gè)課題。隨著強(qiáng)度的提高，延遲斷裂敏感性也提高，當(dāng)抗拉強(qiáng)度提高到1180MPa以上時(shí)，延遲斷裂敏感性會(huì)迅速提高，容易發(fā)生延遲斷裂。
使用具有雙相（DP）組織的1470MPa級(jí)鋼板作為比較鋼板。開發(fā)鋼的延伸特性比相同強(qiáng)度的DP鋼高1.5倍左右。關(guān)于局部變形特性，采用V彎曲試驗(yàn)方法，彎曲方向?yàn)榕c軋制方向成直角的方向進(jìn)行試驗(yàn)，彎曲角度為60°和90°，彎曲半徑在1～5mm范圍內(nèi)變化。V彎曲試驗(yàn)表明，與DP鋼相比，開發(fā)鋼可彎曲加工到更小的彎曲半徑。該開發(fā)鋼彎曲加工性比DP鋼好的原因是，母相為無碳化物且均勻的無碳貝氏體相占大半部分，及殘留奧氏體在條狀組織中均勻微細(xì)彌散，使變形不會(huì)集中，不容易產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致龜裂起源的大的縮孔。
鋼板的耐延遲斷裂特性不僅與強(qiáng)度有關(guān)，而且與化學(xué)成分和顯微組織有關(guān)。為改善鋼板的耐延遲斷裂特性，已提出了各種方法。另外，在實(shí)際零部件中，由于受到某種加工，因此除了鋼板的化學(xué)成分和強(qiáng)度外，加工的程度、殘留應(yīng)力，尤其是在實(shí)際使用狀態(tài)下的腐蝕環(huán)境成為了影響耐延遲斷裂特性的重要因素。采用將U形彎曲的材料放在鹽酸中浸漬的方法來評(píng)價(jià)耐延遲斷裂特性。即，將長(zhǎng)條狀試樣，以10mm、15mm的彎曲半徑，按照與軋制方向成直角的方向進(jìn)行了彎曲加工，在脫模后一面用應(yīng)變儀確認(rèn)彎曲部的應(yīng)力值，一面用螺栓夾緊，并施以1000～2000MPa的應(yīng)力。浸漬鹽酸的濃度為5%，調(diào)查了浸漬48h后有無裂紋的發(fā)生。與相同強(qiáng)度的DP鋼相比，開發(fā)鋼即使彎曲到很小，即使殘留應(yīng)力很高，長(zhǎng)時(shí)間浸漬后也不容易發(fā)生裂紋，表明具有非常好的耐延遲斷裂特性。如前所述的那樣，可以認(rèn)為這是因?yàn)殚_發(fā)鋼的母相為無碳化物的無碳貝氏體，及殘留奧氏體相微細(xì)彌散后發(fā)揮了吸氫效果所致。
3 結(jié)束語
在有關(guān)防碰撞安全性的法規(guī)得到了加強(qiáng)的進(jìn)程中，進(jìn)一步開發(fā)降低車身重量的技術(shù)，擴(kuò)大高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用變得越來越重要。今后應(yīng)積極推進(jìn)能滿足汽車制造商和零部件制造商要求的高性能高強(qiáng)度鋼板材料和利用技術(shù)的開發(fā)，并為環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。
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