（材料加工工程专业论文）汽车大梁板p510l生产工艺优化研究.pdf

l s ( ；s 强主 ：。|：，。，o转缸熏黔壤警彳；00未； h ad i s s e r t a t i o ni nm a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g f 删m 删 f y 1 8 4 3 5 埘 o p t i m i z e d p r o d u c t i o np r o c e s s r e s e a r c ho na u t o m o b i l eb e a m p l a t ep 510 l b yz h e n gd o n g s h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r z h uf u x i a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y f e b r u a r y2 0 0 8 | _ 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：郑束矸 日期：硼、。1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 一 t 气 东北大学硕士学位论文 摘要 摘要 本课题结合攀钢“汽车大梁板p 5 1 0 l 生产工艺优化研究”项目，以p 5 1 0 l 钢为研究对象，分别进行了热模拟试验、实验室热轧试验和工业实验。通过 m m s 2 0 0 热力模拟实验机上的热压缩实验，研究了不同热变形条件下p 5 i o l 钢 的变形抗力，研究了静态再结晶过程奥氏体晶粒组织的演变过程，对p 5 1 0 l 钢 进行了未变形和变形后连续冷却的试验研究，用膨胀法结合金相法建立了该钢未 变形和变形奥氏体的连续冷却转变曲线。通过实验室轧制试验，研究了控轧控冷 工艺对p 5 1 0 l 钢显微组织、力学性能和冷成形性能的影响。通过工业试验，研 究了变形工艺参数及轧后冷却工艺对p 5 1 0 l 钢显微组织、力学性能和冷成形性 能的影响。 研究结果表明： ( 1 ) p 5 1 0 l 钢的真应力一真应变曲线主要以回复和再结晶为特征。试验钢在 1 0 5 0 。c 变形后，可发生完全的静态再结晶，在8 5 0 变形后保温5 0 s 时，组织中 才会出现较多的再结晶奥氏体晶粒，说明试验钢在热连轧的精轧过程中，只要精 轧温度和道次变形量控制得合适，则精轧道次的应变是可以累积的。 ( 2 ) 在静态c c t 曲线和动态c c t 曲线中，相变区域可划分为先共析铁素体区、 珠光体区和贝氏体区三个部分；变形扩大了先共析铁素体区和珠光体区，同时抑 制了贝氏体相变，奥氏体的相变产物随冷却速度的不同而不同。 ( 3 ) 试验钢在压下规程、冷却方式以及卷取温度相同的条件下，延伸率随精 轧开轧温度的降低而升高；当精轧开轧温度为i o i o 。c 时，在常规压下规程的情 况下，轧后采用两段冷却工艺的试验钢具有更高的延伸率和低的屈强比；在精轧， 开轧温度、轧后冷却方式、卷取温度以及成品厚度相同的条件下，多道次轧制能 有效细化铁素体平均晶粒尺寸，而且珠光体团块较小、弥散性好，试验钢具有更 高的强度和延伸率。 ( 4 ) 通过实验室控轧控冷工艺试验表明：试验钢在其他元素含量不变的情况 下，通过降v 添n b ，可使其力学性能达到p 5 9 0 l 钢的技术要求；在工业试验条 件下，采用前段冷却+ 6 0 0 。c 卷取工艺，也可使p 5 1 0 l 钢的力学性能达到p 5 9 0 l _ 。一钢的技术要求”：。 _ 。：。 一。 一一一 关键词：汽车大梁板p 5 1 0 l 卷取温度组织力学性能冷弯性能 东北大学硕士学位论文 a bs t r a c t c o m b i n i n gt h ei t e m o p t i m i z i n gt h ep r o d u c t i o np r o c e s so f a u t o m o b i l eb e a m p l a t e p 510 l ，t h e r m a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ，r o l l i n ge x p e r i m e n ti nt h el a ba n di n d u s t r i a l te x p e r i m e n tw e r ec a r r i e do u tr e s p e c t i v e l yi nt h i s p a p e rt h r o u g hp 510 ls t e e l t h e d e f o r m a t i o nr e s i s t a n c eo fp 510 ls t e e ld u r i n gt h eh o td e f o r m a t i o n ，m i c r o s t r u c t u r e e v o l u t i o nb e h a v i o ro fa u s t e n i t eg r a i nd u r i n gt h es t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o n , c o n t i n u o u s c o o l i n gu n d e ru n d e f o r m e da n dd e f o r m e dc o n d i t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e db ym e a n so f 。 t h ec o m p r e s s i o nd e f o r m a t i o nt e s tu s i n gm m s 一2 0 0t h e r m o m e c h a n i c a ls i m u l a t o lt h e c o n t i n u o u sc o o l i n gt r a n s f o r m a t i o n ( c c t ) c u r v e so fu n d e f o r m e da n dd e f o r m e d a u s t e n i t ew e r ee s t a b l i s h e dt h r o u g ht h e r m a ld i l a t i o nm e a s u r e m e n ta n dm i c r o s t m c t u r e o b s e r v a t i o n e f f e c to fc o n t r o l l e dr o l l i n ga n dc o n t r o l l e dc o o l i n go nm i c r o s t r u c t u r e ， m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dc o l df o r m a b i l i t yo fp 510 ls t e e lw a ss t u d i e db yr o l l i n g e x p e r i m e n ti nt h el a b e f f e c to fd e f o r m a t i o np a r a m e t e r sa n dc o o l i n gp r o c e s sa f t e r r o l l i n go nm i c r o s t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dc o l df o r m a b i l i t yo fp 510 ls t e e l w a ss t u d i e db yi n d u s t r i a le x p e r i m e n t 111ec o n c l u s i o nw a ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h et r u e s t r e s s - t r u e - s t r a i nc u r v eo fp 5 1 0 ls t e e lm a i n l yt a k e sr e c o v e r ya n d r e c r y s t a l l i z a t i o na sc h a r a c t e r i s t i c s t a t i cr e c o v e r yc o m p l e t e l yo c c u r sa f t e rt h et e s t e d s t e e li sd e f o r m e da t10 5 0 ，m o r er e c r y s t a l l i z e da u s t e n i t eg r a i n sb e g i nt oa p p e a ri n t h em i c r o s t r u c t u r ew h e n5 0s e c o n d sp r e s e r v i n gh e a tb e h i n d8 5 0 d e f o r m a t i o n s o t h es t r a i no ff i n i s hr o l l i n gp a s s e sc a l lb ea c c u m u l a t e da sl o n ga sf i n i s hr o i l i n g t e m p e r a t u r ea n d t h ep a s sr e d u c t i o na r ec o n t r o l l e da p p r o p r i a t e l yi nt h ec o u r s eo ff i n i s h r o l l i n go fh o tt a n d e mr o l l i n g ( 2 ) p h a s et r a n s i t i o na r e ac o n s i s t so fp r o e u t e c t o i df e r r i t ea r e a , p e a r l i t ea r e aa n d b a i n i t ea r e ai nt h es t a t i cc c tc u r v ea n dt h ed y n a m i cc c tc u r v e ；d e f o r m a t i o ne n l a r g e s p r o e u t e c t o i df e r r i t ea r e aa n dp e a r l i t ea r e a , r e t a r d sb a i n i t et r a n s f o r m a t i o n ；a u s t e n i t e t r a n s f o r m a t i o nc h a n g e sa td i f f e r e n tc o o l i n gs p e e d = 。? _ ? 。( 3 ) u n d e rt h e1 c o n d i t i o no ft h e s a m er o l l i n gs c h e d u l e ，c o o l i n gm o d ea n dc o i l i n g 一： t e m p e r a t u r e ，e l o n g a t i o no ft h et e s t e ds t e e l sr i s e sw i t ht h ed e c r e a s eo ft h eb e g i n n i n g t e m p e r a t u r eo ff i n i s h i n gr o l l i n g ；w h e nt h eb e g i n n i n gt e m p e r a t u r eo ff i n i s hr o l l i n gi s ioio c ，t h o s ea d o p t i n gt w o - s t a g ec o o l i n gp r o c e s su n d e rt h ec o n v e n t i o n a lr o i l i n g s c h e d u l eh a v eh i g h e re l o n g a t i o na n dl o w e ry i e l dr a t i o ；u n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h e s a m ef i n i s hr o l l i n gb e # n n l n gt e m p e r a t u r e ，c o o l i n gm o d ea f t e rr o l l i n g , c o i l i n g - i - “- 一* “一一- r 一一，一一 o - - 。一。 东北大学项士学位论文 a b s t r a c t t e m p e r a t u r ea n dp r o d u c tt h i c k n e s s ，t h ea v e r a g ef e r r i t eg r a i ns i z ea n dt h ep e a r l i t ea l e s m a l l e r , t h et e s t e ds t e e l sh a v eh i g h e rs t r e n g t ha n de l o n g a t i o nt h r o u g hm u l t i p l ep a s s e s r o l l i n g ( 4 ) l o w e r i n gv a n da d d i n gn bw i t ht h ec o n t e n to fo t h e re l e m e n t su n c h a n g e d ，t h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h et e s t e ds t e e l sr e a c ht h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n to fp 5 9 0 l t h r o u g hc o n t r o l l e dr o l l i n ga n dc o n t r o l l e dc o o l i n g ；t h r o u g ht h ep r o c e s so ff o r e 。s t a g e c o o l i n ga n dc o i l i n ga t6 0 0 c ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f p 5 10 lc a na l s or e a c ht h e t e c h n i c a lr e q u i r e m e n to fp 5 9 0 lu n d e rt h ec o n d i t i o no fi n d u s t r i a le x p e r i m e n t k e y w o r d s ：a u t o m o b i l eb e a mp l a t ep 510 lc o i l i n gt e m p e r a t u r e m i c r o s t r u c t u r e m e c h a n i c a lp r o p e r t yc o l db e n d i n gp e r f o r m e n c e i v - 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明。i 摘要 a b s t r a c t j i i i 第一章文献综述1 1 1 选题背景：1 1 2 汽车大梁板的发展概况1 1 2 1 低合金高强度大梁板1 1 2 2 微合金热轧超高强度大梁板2 1 2 3 国内汽车大梁板的现状4 1 - 3 汽车大梁板的发展趋势5 1 4 低合金高强度大梁板的强韧化机理和主要性能指标9 1 4 1 低合金高强度大梁板的强韧化机理9 1 4 ，2 强度和塑性。1 0 1 4 3 冷弯性能1 1 1 5 汽车大梁板的生产工艺1 1 1 5 1 生产工艺流程1 1 1 5 2 冶炼工艺控制1 1 1 5 3 连铸工艺控制1 2 1 5 4 热轧工艺控制1 2 1 5 5 汽车大梁板的控轧控冷1 3 1 6 影响汽车大梁板冷弯性能的主要因素1 4 1 6 1 化学成分对冷弯性能的影响1 4 1 6 2 非金属夹杂物对冷弯性能的影响1 7 1 6 3 显微组织对冷弯性能的影响1 9 1 6 4 钢板表面质量对冷弯性能的影响2 0 1 7 本课题的主要研究内容2 0 第二章一实验条件及方法：j j ：j j _ j j j ：j ：j ：j ：2 2 一 2 1 实验材料2 2 2 2 实验设备及仪器2 2 2 3 实验方法2 3 2 3 1 热模拟试验2 3 2 3 2 实验室轧制试验2 5 东北大学硕士学位论文 目录 2 3 3 工业实验j 2 5 第三章实验结果及分析2 7 3 1 热模拟试验2 7 3 1 1 单道次压缩试验2 7 3 1 2 连续冷却试验31 3 2 实验室轧制试验结果及分析3 4 3 2 1 精轧开轧温度对力学性能及金相组织的影响3 4 3 2 2 卷取温度对力学性能及金相组织的影响3 8 3 2 3 两段冷却对对力学性能及金相组织的影响4 0 3 2 4 压下规程对力学性能及金相组织的影响4 2 3 2 5 化学成分对力学性能的影响4 5 3 3 工业实验结果及分析4 7 3 3 1 第一次工业实验4 7 3 3 2 第二次工业实验4 9 第四章结论5 6 参考文献。5 7 致谢5 9 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 选题背景 第一章文献综述 随着我国汽车产量的逐年增加，汽车大梁用热轧钢带( 板) 的市场需求量也在 日益上升，具有巨大的市场开发潜力。汽车大梁板主要用于制造汽车纵梁、横梁、 前后车桥、保险杠等结构件【1 1 ，厚度一般为4 0 8 o m m ，是汽车结构钢板中需求 量大，性能指标要求较高的钢种。大梁是载货车主要的承载部件，几乎承载着货 物全部的重量，大梁的质量影响整车的使用寿命与行车安全，制造汽车大梁一般 采用冲压成型工艺，其变形方式以弯曲为主，因此大梁板对成型性要求较高，即 汽车大梁钢板必须有良好的综合性能，要有足够的强韧性，良好的耐疲劳性、冷 成型性 2 1 。随着汽车工业的发展，减重并提高安全性的高强度钢板，强度与成形 性皆优的新产品是汽车板需求、开发方向的主体。为提高汽车承载能力，延长汽 车使用寿命并满足节能、节材以及安全行驶等要求，用低合金高强度和超高强度 钢板生产汽车大梁已成为目前汽车大梁钢发展的趋势【3 j 。 1 为了顺应市场需求、拓宽生产品种，攀钢设计开发了高强度汽车大梁板 p 5 1 0 l 。p 5 1 0 l 用于汽车车架的纵梁及部分横梁，是攀钢的重要产品之一，但目 前存在性能波动较大、冷弯开裂等问题。汽车大梁板p 5 1 0 l 质量性能的稳定与 否直接关系到攀钢的发展生计。因此，本课题将通过系统的试验研究，分析p 5 1 0 l 产生性能波动和冷弯开裂的原因，确定出优化的p 5 1 0 l 生产工艺，对于稳定生 产、提高产品性能合格率、减少用户质量异议、提升攀钢汽车梁板的品牌效应及 企业的增效减耗具有重要的意义。 1 2 汽车大梁板的发展概况 1 2 1 低合金高强度大梁板 低合金高强度大梁板也称铁素体一珠光体型低合金高强度大梁板。这类钢是 目前用量最大的一类大梁板，其主要化学组成是低碳、稍高的锰和适量的硅元素， 还要单独或复合添加铌、钒、钛等微合金元素，利用固溶强化、析出强化和晶粒 细化等强化机制来获得所要求的强度和塑韧性。 2 0 世纪自7 0 年代以来，汽车工业发达国家都根据本国的情况开发和应用低 合金高强度大梁钢板，并形成系列化：标准化。根据添加的强化元素，可以把低 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 合金高强度大梁板分为锰钢系、铌钢系、钛钢系、钒钢系、铌一钛复合钢系。锰 钢系有日本的s a p h 3 1 0 一s a p h 4 4 0 ；铌钢系有英国的h y p r e s s 系，奥地利的a f m 系( 但a f m 系的钛元素可用铌或钒代替) ；铌钢系有美国的v a n 系和意大利的 f e 系，日本的n s h 5 2 0 ；铌一钛复合钢系有德国的q s t e 系。 1 2 2 微合金热轧超高强度大梁板 目前，汽车大梁板研发的一个主要目标是减轻结构件的质量。专家研究表明 【4 j ，汽车质量每减轻9 1 k g ，平均每升油可多行驶0 4 3 k m 。实现这个目标主要应 通过减小板厚，提高钢板的强度来达到。2 0 世纪9 0 年代，随着汽车工业的发展 和交通条件改善，减轻汽车自身质量和提高有效负载能力，降低生产成本，已成 为汽车发展的一种趋势。为此，竞相开发了一批微合金超高强度汽车大梁钢板， 其主要品种有以下两大类型： a 析出强化+ 超细晶强化型微合金超高强度钢。采用超纯净钢水，在低碳和 一定锰含量下，复合加入微量合金元素如铌、钛、钒、铝等用以细化晶粒。通过 精确控制的加热、轧制、冷却等步骤组成的热机械轧制工艺过程，是获得高性能 的关键。该钢的组织为超细铁素体晶粒( 3 5 “m ) + 弥散析出第二相粒子+ 极少 量贝氏体；该钢种比传统钢种屈服强度大幅度提高，同时又具有良好的延伸性能、 冷弯性能、焊接性能和抗冲击性能。欧洲特高强度冷成形热轧钢板标准 e n l 0 1 4 9 2 中s 5 0 0 m c s 7 0 0 m c ，日本i s 标准中w b l t e n 7 0 和w e l t e n 8 0 ，瑞典 s s a b 钢板有限公司的特高强度钢板d o m e x 系列等均属于微合金超高强度钢 板。此类钢板的典型应用如d o m e x 7 0 0 。 d o m e x 7 0 0 最小屈服强度为7 0 0 n m m 2 ，其化学成分如表1 1 。该钢在高强 度条件下仍具有良好的冷成形性，非常适合制造各种冷弯型钢。用此钢板制造的 。 汽车车架大梁，整体结构的抗弯和抗扭强度极高，在正常路况和行驶条件下，即 使将腹板厚度减至5 - - - 6 m m ，仍能保证载荷近4 0 t 时大梁的安全性。目前广泛应 用在牵引车的车架大梁、普通半挂车车架和载货车车架大梁上。 表1 1d o m e x 7 0 0 钢化学成分 t a b l e1 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fd o m e x 7 0 0s t e e l ：臣五丑薹医玉墨薹盛玉噩习一 注：n b 、t i 、v 的总含量最大为0 2 2 ，m o 含量最大为0 5 0 ，b 含量最大为0 0 0 5 。 b 组织强化型微合金超高强度钢。日本n k k 公司利用微合金化和钢的强韧 化理论，采用纯净的钢质，大力降低碳、磷、硫含量，复合添加微合金元素，通 过控轧控冷工艺，获得了3 种7 8 0n m m 2 级高强度热轧钢板。一种是双相钢( d p ) ， 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 组织是铁素体和马氏体；一种是析出强化钢( p h ) ，组织是贝氏体( 部分是马氏 体) 基体上分布着弥散细小的沉淀粒子；另一种是单相钢( b s ) ，组织是贝氏体。 其成分及性能见表1 2 f 5 】o 该钢有良好的延展性和扩孔性能，已在汽车大梁上推 广应用【伽。 表1 2d o m e x 7 0 0 钢性能 t a b l e1 2p r o p e r t i e so fd o m e x 7 0 0s t e e l 化学成分力学性能 屈服强度抗拉强度伸长率 类型cs im n其他t njm i l l - 2n m m - 2 d p0 0 50 71 6 p ，c u ，n i ，t 6 5 48 1 32 4 p ho 1 lo 11 9c r ，n b ，1 i7 3 08 2 22 3 b so 0 9o 2i 6 c r ，m o ，n b ，v 6 9 37 9 02 0 近年来，宝钢跟踪世界钢铁工业的发展及汽车工业用板的发展趋势，在国内 率先自主开发了特高强度冷成形热轧钢板b s 5 5 0 m c b s 7 0 0 m c 系列。该钢属于 微合金低碳超高强度钢( 析出强化和超晶细化型) ，化学成分和力学性能见表1 3 和表1 4 。 表1 3 化学成分 t a b l e1 3c h e m i c a lc o m p o s i t i o n s 注：除a l 给出的是最小值外，其余给出的均为最大值，根据强度要求，加入n b 、v 、t i 、 m o 等合金元素。 表1 4 力学性能 t a b l e1 4m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 注：屈服强度、抗拉强度、伸长率a ：平行于轧向试样；冷弯1 8 0 。、一4 0 冲击功垂直 于轧向试样。 宝钢超高强度冷成形热轧钢板的各项指标，已经达到并超过欧洲特高强度冷 成形热轧钢板标准e n l 0 1 4 9 2 的要求。其中b s 6 0 0 m c 和b s 7 0 0 m c 已在工程机 械和集装箱等领域得到应用，而在汽车工业( 如汽车大梁) 处于推广应用阶段。 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 1 2 3 国内汽车大梁板的现状 2 0 世纪5 0 年代鞍钢试制成功1 6 m n l 钢板，并先后在中板厂、半连轧厂生产， 产品主要用于我国第一汽车( 集团) 公司生产解放牌汽车纵梁。目前1 6 m n l 板仍 广泛用于载货汽车的大梁上，但其冲废率高，尺寸精度不理想。此后鞍钢又开发 了1 0 t i l 大梁钢板，但含t i 钢性能波动大，给成型带来困难而使应用范围受限。 7 0 年代，武钢研制生产了t 5 2 l 含t i 大梁钢板，该钢板主要用于东风汽车 纵梁。武钢在生产含t i 钢方面具有丰富经验，由于t i 可控制硫化物夹杂的形态 及分布，并可改善钢板的焊接性能，如果含t i 钢板的性能波动能得到有效控制， 则含t i 钢板比含n b 、v 钢板更具优势。 进入8 0 年代，随着国内汽车技术的引进及发展，对汽车大梁板的需求不断 扩大，宝钢率先引进了日本和德国的钢板制造技术，开发出s a p h 系列和q s t e 系列。s a p h 系列属碳锰钢，特点为屈强比低，成型性好。以s a p h 4 4 0 为例， 目前能生产4 5 m m 厚的s a p h 4 4 0 钢板，而厚4 5 1 2 0 m m 板的生产工艺正在进 一步完善和批量试制。q s t e 系列采用析出强化机理，在添加微合金元素的基础 上采用控制轧制工艺，使强度显著提高，但由于析出强化效果对热轧工艺条件较 敏感，强度波动范围大，尤其是析出强化钢的屈强比普遍较高，冲压成型时回弹 大，使成型后的形状稳定性降低，不利于冷成型加工。 9 0 年代初，宝钢自主开发含铌的热轧大梁板b 5 1 0 l ，在国内得到了广泛的 应用。宝钢b 5 1 0 l 钢板推出后，以其高的尺寸精度、纯净的内质、稳定的性能 迅速成为国内大梁钢板市场的龙头。其后有用户反映b 5 1 0 l 板纵切开条后有“翘 曲 现象。通过对该问题的研究和攻关，发现各向异性和内应力是产生“翘曲” 现象的主要原因。为此，对该钢采用了钙处理，使硫化物条状组织得到变性，进 而钢板纵向、横向性能的均匀性得到改善。同时，对大梁钢板进行厚板在线矫直， 消除或减轻了钢板的内应力，从而使b 5 1 0 l 板的翘曲问题得到有效解决【8 】o 随后，鞍钢开发了含铌a 5 1 0 l 及铌一钛复合q s t e 系大梁板【9 】；武钢也开发 出含铌w l 5 1 0 大梁板【l 州。攀钢利用钒资源丰富的优势，开拓了以钒作为微合金 元素在生产汽车大梁钢板上的应用，开发含锰一钒的大梁板p 5 1 0 l 1 1 】，其产品在 东风汽车( 集团) 公司和第一汽车( 集团) 公司的使用情况较好。 近年来汽车行业对高强度薄规格产品的需求量有所增加，产品性能的不稳定 性开始凸现。q s t e 4 6 0 t m 钢的性能波动就较大，其在成分设计上主要以微量 t i ( 达0 0 9 ) 加少量n b 来强化。t i 的强化能力强，但含t i 钢板对热轧的冷却速 度相当敏感，热卷头、中、尾部的强度会有较大波动，最大可达1 5 0 m p a 以上， 曾出现初检强度太低不合，复检强度太高不合现象。另外，在用户使用时，因钢 东北大学项士学位论文第一章文献综述 板强度波动大，会使零件冲压后的回弹不易控制，故影响零件装配。宝钢正准备 对q s t e 系列钢种进行成分优化，改用n b 进行强化。尽管n b 达到o 0 5 以上 时强化效果不如t i 明显，但这一规格和级别的钢种通过n b 、v 复合强化，性能 完全可以满足用户要求。 1 3 汽车大梁板的发展趋势 为提高汽车承载能力，延长汽车使用寿命并满足节能、节材以及安全行驶等 要求，用低合金高强度和超高强度钢板生产汽车大梁已成为目前汽车大梁钢发展 的趋势。 ， 高强度汽车用钢板的特性为高强度、高伸长率、低屈强比。而一般使用的热 轧钢板强度最大为5 0 0 m p a ，虽然增加n b 或t i 等微合金化元素的含量可进一步 提高强度，但是成型性将变坏，从而限制了它的应用范围。 根据国际上对超轻钢汽车的研究( u l s a b - a v c ) ，把屈服强度在2 1 0 5 5 0 n r a m 2 范围内的钢板称为高强度钢板；屈服强度大于5 5 0n m m 2 的钢板称为超 高强度钢板。根据强化机理的不同又把高强度钢板分为普通高强度钢板和先进高 强度( a h s s ) 钢板。其中，普通高强度钢板主要包括高强度i f ( 无间隙原子) 钢、烘 烤硬化钢、含磷( p ) 钢、各向同性( i s ) 钢、碳一锰( c m n ) 钢和高强度低合金( h s l a ) 钢；先进高强度钢板主要包括双相( d p ) 钢、复相( c p ) 钢、相变诱发塑性( t r i p ) 钢、 贝氏体( b p ) 钢和马氏体( m p ) 钢等。图1 1 显示了各类高强度钢板的强度和塑性的 关系。 。 由图1 1 可以看到，各类钢随着强度的提高，塑性明显下降，尽管随着强度 的提高塑性下降，但各种钢因强化机制不同，在提高强度的同时塑性的下降程度 也不同。利用相组织强化的钢种则具有高强度和高塑性的综合优良特性，如t r i p 钢和d p 等。由于汽车车体零件多采用冲压成形，因此，具有强度和塑性良好组 合且成形性能优良的钢种成为高强度钢板的发展趋势。 东北大学硕士学位论文第一章文献综述 , - - 2 簪 辽 蚤 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 ( 】 j f ) f 陵强蜷混扳 f _ 2 1 0 氛l t l i l l 2 ) 翘高强度钢板 f 5 5 0n r a m ：， 02 d oa 0 0 6 0 08 m10 0 0 l2 0 0 鞭鞭焱壤烈m t l l 2 ： 图1 1 各类钢板强度与塑性的关系 f i g1 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e n g t ha n dp l a s t i eo fs t e e lp l a t e s 研究表明，各类高强度钢板因其固有的特性不同，用途也不同。如烘烤硬化 钢板具有冲压成形前较软、形状稳定性好和烘烤后抗凹陷性能较高的特点，特别 适合于冲制汽车的外覆盖件；双相钢和相变诱发塑性钢具有高的强度、高的碰撞 吸收能和高的抗疲劳性能等特点，适合于冲制结构件和安全件等。表1 5 出示了 各主要类别高强度板的特性比较情况。 + 一表1 5 各主要类别的高强度板的特性比较 t a b l e1 5c h a r a c t e r i s t i co f h i g hs t r e n g t hs t e e l s 特性b hh ! ；疑f玛h s l 矗d p豫摩 维纵祷性铁索体铁索体 铁素体铁索体鹭耋蒹+ 铁豢体+ 乳氏体 + 残余奥氏体 艟强比 毵 低祗 高 较糕殷 燃烤硬化性能 高 无菱 一般 较高较高 吸收能 _ _ _ 一 一殷商较高 加工硬化 一 一般嚣笺鬻工 离9 f l 加工硬 化指数 翮暇廷伴有无 宥 宥 无有 成形性 好 好好一般好较好 挽疲劳性德一一般高较商 焊接性隧 好 好好较好好较d p 豳难 弯翱性能 好 好好较好好 好 时效 宥 无有 有 无 程 露弹+ 小 一般一殷较高一段 一 高 注：h s s i f 为深冲高强度i f 钢。 目前在汽车上使用较多的烘烤硬化钢、高强度钢、各向同性外板用钢、 双相钢和t r i p 钢的基本成形性能、烘烤硬化性和焊接性的分析如下： ( a ) 成形性能 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 高强度汽车钢板除基本力学性能外，其综合成形性能越来越受到重视，这些 性能主要包括成形极限、回弹性、扩孔性能和弯曲性能等。表1 6 是典型高强度 钢板的实物性能，图1 2 是成形极限图。从图1 2 可看出，在外板用的3 类钢种 中，高强度i f 钢( b i f 3 4 0 ) 的成形性相对较高；烘烤硬化和各向同性钢( b h l 8 0 和 i s 2 0 0 ) 的成形性相当；同等抗拉强度t r i p 钢的成形性明显高于双相钢。 表1 6 宝钢典型高强度钢板的实物性能 。 芍u 一 7 0 瓣 龟。雄i 磁匿一l 芦 3 05 。- 饷 巷 制 翅 铜 一3 0 一2 0 - 1 0 ，01 0 2 02 5 - ，- 1 00 1 02 0 趺应变腻次应变膨 图1 2 宝钢典型高强度钢板的成形极限图 f i g1 2f o r m i n g l i m i td i a g r a mo f t y p i c a lh i g hs t r e n g t hs t e e l si n t h eb a os t e e l ( b ) 烘烤硬化和抗凹陷性能 烘烤硬化效应具有这样一种现象，即c 和n 原子在涂层( 相当于在1 7 0 下热处理2 0 r a i n ) 后烘烤期间依然以固溶体形式分散于由冲压成形引起的 位错中，致使位错固定，引起屈服强度增加。因此，溶质c 和n 的数量越 高，可以获得的烘烤硬化度越高【1 4 】。图1 3 显示了烘烤时间和温度对b h 、 。h t r i p 和d p 烘烤硬化值的影响。很显然，烘烤温度和时间对烘烤硬化效果影。 + “ 响显著，在烘烤温度( 1 7 0 ( 2 ) 固定的情况下，随着烘烤时间的提高，烘烤 硬化值提高；在烘烤时间( 2 0 m i n ) 固定的情况下，随着烘烤温度的提高烘 烤硬化值线性提高。 ， 抗凹性是外板的一个重要评价指标，图1 4 是采用宝钢自主开发的抗凹 陷试验机测定的b h 钢烘烤前后局部凹痕抗力曲线，由图1 4 可见，烘烤硬 誉锹毽州 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 化处理有助于提高钢板的抗凹陷性能提高。图1 5 是宝钢开发的冷轧t r i p 6 0 0 和热镀锌合金化d p 6 0 0 的局部凹痕抗力曲线，t r i p 6 0 0 较d p 6 0 0 具有更高 的抗凹陷能力。 、 9 0 8 0 爹6 0 盘 4 0 疆 嘉2 0 01 02 03 0 4 05 06 07 0 时阀m i t t l l 温度 图1 3 烘烤时间和温度对b h 、t r p 和d p 烘烤硬化值的影响 f i g1 3e f f e c to fb a k i n gt i m ea n dt e m p e r a t u r eo nb a k i n gh a r d e n i n g v a l u ei nb h ，t r i pa n dd ps t e e l s 委 艳 鼹 碟 z 皤痰深度a n n 图1 4 采用抗凹陷试验机测定的b h 钢烘烤前后局部凹痕抗力曲线 f i g1 4l o c a ld e n tr e s i s t a n c ec u r v eo f b hs t e e lb e f o r ea n da f t e rb a k i n gm e a s u r e d b ya n t i - r e s i s t a n c et e s t i n gm a c h i n e 表 端 避 豇 凹陷深度脚嘲 图1 5 冷轧t r i p 6 0 0 和热镀锌合金化d p 6 0 0 的局部凹痕抗力曲线 f i g1 5l o c a ld e n tr e s i s t a n c ec u r v eo f c o l dr o l l e dt r i p 6 0 0a n dd p 6 0 0t h r o u g h hot g a l v a n i z i n ga l l o y i n g 。 一8 叩薹冬遥蠢 东北大学硕士学位论文 第一章文献综述 ( c ) 焊接性能 汽车在制造过程中使用多种形式的焊接，但点焊仍是最主要的焊接方法。同 软钢相比，由于高强度钢板中合金元素较多，其可焊电流范围也将发生很大变化， 对于镀锌高强度钢板还要考虑镀层的影响。因此通过研究高强度钢板的可焊性， 可对汽车厂合理焊接工艺的制定起到一定的指导作用。 图1 6 是宝钢6 类典型钢种的可焊电流范围。当熔核直径达到46v 2 时的焊 接电流为最小焊接电流i m i n ，略低于焊点发生喷溅或试样与电极粘连时的电流为 最大焊接电流i m 舣。从图1 6 可以看出，冷轧钢板的最小焊接电流较低，热镀锌 合金化的稍高，热镀纯锌的焊接电流最大；高强度钢板的焊接电流范围较软钢窄 【1 5 1 。 j ， 1 2 墨1 0 斌 翘8 蠼 擘6 1 4 低合金高强度大梁板的强韧化机理和主要性能指标 1 4 t 低合金高强度大梁板的强韧化机理 目前，国内外汽车生产厂广泛使用的大梁板均为铁素体一珠光体型的低合金 钢板，影响其强韧化的主要因素有：a 铁素体的固溶强化；b 析出强化；c 珠光 体的含量；d 晶粒度的大小。铁素体一珠光体型低合金钢的性能由碳、硅、锰的 一一含量及碳氮化物形成元素铌、钛j 钒的含量决定。增加碳含量可增加珠光体的 含量，因而可提高强度，铁素体中的碳还有固溶强化和轻微细化晶粒作用。但