（材料加工工程专业论文）超低碳烘烤硬化钢板的工艺、组织及性能研究.pdf

北京科技大学硕士学位论文 摘要 2 0 世纪7 0 年代以来，验室完成。通过合理设计t i + n b 和t i + v 超低碳b h 钢板的成 分范围，在真空感应炉中冶炼出符合设定成分范围的钢锭。之后经过锻造、热轧、冷轧 和退火等工艺来研究钢板的组织和性能。本文研究了t i + n b 和t i + v 超低碳b h 钢的动态 c c t 以及不同冷却速度下的组织；分析了终轧温度和冷轧压下率对t i + n b 超低碳b h 钢 板组织和性能的影响；比较了罩式退火和连续退火两种退火方式对t i + n b 超低碳b h 钢 板组织结构和性能的影响。同时，研究了连续退火工艺的退火温度和退火时间对t i + v 超低碳阴钢板组织和性能的影响；罩式退火生产的t i + 超低碳b h 钢板热轧、冷轧和 退火织构的演化、厚向不同处织构的比较、冷轧压下率对其织构的影响。 经过分析总结实验结果，主要结论如下： ( 1 ) 低的热轧终轧温度( 略商于a t 3 ) 和大的冷轧压下率( 兰7 5 ) 对罩式退火生 产的t i + n b 超低碳b h 钢板的组织和性能有利； ( 2 ) 与罩式退火相比，连续退火生产的t i + n b 超低碳b h 钢板的b h 值较大；退 火组织的晶粒较均匀，等轴晶所占比例较大；连续退火生产的钢板具有较强的( 1 li 织 构，具有更加优异的深冲性能； ( 3 ) 对于罩式退火生产的t i + n b 超低碳b h 钢板而言，大的冷轧压下率( 芝7 5 ) 使退火板具有较强的t 取向线织构；热轧织构很弱且特征不明显，经冷轧变形后的 钢板具有较强的择优取向；再结晶退火钢板具有较弱的a 取向线织构和较强的丫取向线 织构；退火钢板厚向各层的织构具有相似性，中心层的y 取向线织构较为强烈： ( 4 ) 随着冷却速度的增加，t i + n b 超低碳b h 钢的相变点有所降低，相变区间变 宽；t i + v 超低碳b h 钢的相变点和相变区间变化不大；热变形后连续冷却得到的组织 主要是铁素体；随着冷却速度的增加，铁素体晶粒直径逐渐减小。 关键词：超低碳烘烤硬化钢，组织，性能，织构 北京科技大学硕士学位论文 r e s e a r c ho np r o c e s s ，m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f u l t r al o wc a r b o nb a k eh a r d e n i n gs t e e ls h e e t b a k eh a r d e n i n gs t e e ls h e e th a sb e i n ge x t e n s i v e l yu s e dw i t hg o o dd e n t 联爆i s t a i l c ea n dg o o d f o m a a b i l i t yf i o m7 0 so ft h e2 0 t hc e n t t n y b hs t e e ls h e e tr e s o l v e sc o n f l i c t so ff o r m a b i l i t ya n d s t r e n g t ha n di st h ei d e a lm a t e f i a l st ob eu s e da sf e n d e r , e n g i n eh o o dp a n e la n di n n e ra n de x t e r i o r p a n e lo f a u t o m o t i v e b hs t e e ls h e e th a sb e i n gw i d e l yu s e da b r o a da n dc a nb ep r o d u c e db yo n l y s e v e r a ld o m e s t i cs t e e lp l a n t s t h i ss t u d yi sc o m p l e t e di nl a b o r a t o r y p r o p e rc o m p o s i t i o no ft i + n ba n dt i + r vu l u al o w c a r b o nb hs t e e ls h e e ti sd c s i g n e da n dt h es t e e lm g o ti s 挈i n 耐b yv a o j u mf u r n a c e m m i c r o s w u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f s t e e ls h e e ti sr e s e a r c h e da f t e r t h es t e e li n g o t sb e i n gf o r g e d , h o t r o l l e d ，c o l dr o l l e da n da n n e a l e d t h i st h e s i sr e s e a r c h e st h el a wo fd y n a m i cc c t ( c o n t i n u o u s c o o l i n gt r a n s f o r m a t i o n ) c u r v ea n dt h em i c r o s m a e t u r ew a so b s e r v e dt r a d e ras e r i e so fc o o l i n g r a t e s t h ee f f e c to fh o tr o u m gf i n i s h i n gt e m p e r a l u r ea n dc o l dr o l l i n gr e d u c t i o no nt h e m i c r o s l l l l c t u r ea n dp r o p e r t i e so ft i 神帕u l t r al o wi l r b o nb hs t e e ls h e e ti sa n a l y z e d 1 1 1 c m i e r o s t r u e t u r ea n dp r o p e r t i e so ft i 甘曲u l w al o wc a r b o nb hs t e e ls h e e tp r o d u c e db yb a t c h 挪删i n ga n dc o n t i n u o u sa n n e a l i n gi sc o m p a r e d i na d d i t i o n , t h ee f f e c to fa n n e a l 堍 t e m p e r a t u r ea n da n n e a l 崦t i m eo f c o n 矗n u o u sa n n e a l i n go nt h em i e r o s t m c t u r ea n dp r o p e r t i e so f t i + n bu l t r al o wc a 慨b hs t e e ls h e e ti si n v e s t i g a t e d e v o l u t i o no f h o tr o l l i l l g , c o l dr o l l i n ga n d a n n e a l i n gt e x t u r eo ft i 甘妯u l t r al o wc a l b o nb h s t e e ls h e e t , c o m p a r i s o no f a n n e a l i n gt a c t u r ei n d i f f e r e n tt i l i c k n e 站o f t i + n bu l t r al o wc a r b o nb hs t e e ls l l a n de f f e c to f c o l d 舢i n gr e d u c t i o n o nt h et e x t u r eo f t i + n bu l t r al o wc a r b o nb hs t e e ls h e e ti ss t u d i e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t sa l ea n a l y z e da n dg e n e r a l i z e d t h em a i nc o n c l u s i o n sa l el i s t e da s f o l l o w s ， ( 1 ) l o wh o tr o l l i n g 伍l i s h i n gt e m p e r a t u r e ( al i t t l eh i g h e rt h a na t 3 ) a n dg r e a tc o l dr o l l i n g r e d u c t i o n ( 7 5 ) a r eh e l p f u lf o rt h em i c r o s t m c t u r ea n dp r o l x r t i e so ft i 时妯u l t r al o wc a r b o n b hs t e e ls h e e tp r o d u c e d b yb a t c ha n n e a l i n g ( 2 ) c o m p a r i n gw i t ht h eb hs t e e l 蜘p r o d u c e db yb a t c ha n n e a l i n g , t h eb hs t e e ls h e e t p r o d u c e db yc o n t i n u o u sa n n e a l i n gh a sh i 曲e rb hv a l u ea n di t sa n n e a l i n gg r a i ni sm o r e h o m o g e n e o u sa n dt h ep e r c e n t a g eo fe q u i a x e dg r a mi sg r e a t e r l l l t e x t u r eo fs t e e ls h e e t 北京科技大学硕士学位论文 p r o d u c e db yc o n t i n u o u sa n n e a i i n gi sm o l ei n t e n s i v et h a nt h a to fs t e e ls h e e tp r o d u c e db yb a t c h a n n e x i n ga n d h a sb e t t e rd e e pd r a w i n g ( 3 ) a sc o n c e r n i n gt h et i 讣帕u l t r al o wc a r b o nb hs t e e ls h e e t , l a r g e rc o l dr o l l i n gr e d u c t i o n m a k e sa n n e a l i n gt e x t u r eo f s t e e ls h e e tm o l ee x t e n s i v ea n dt h ea n n e x i n gs t e e ls h e e tw i t hg l e a l e r c o l dr o l l i n gr e d u c t i o nh a sb e t t e rd e e pd r a w i n g h o tm u i n gt e x t u r ei sw e a k e ra n dh a sn o t d i s t i n g u i s h i n gc h a r a c t e r i s t i ca n dh a sm o l ep r e f e r r e do r i e n t a t i o r ld e f o r m a t i o nt e x t u r eh a s h e r e d i t y ，r e e r y s t a l l i z a t i o ns t e e ls h e e th a sw e a k l i n eo r i e n t a t i o nt e x t u r ea n ds t r o n g e rtl i n e o r i e n t a t i o nt e x t t t l e a n n e a l i n gt e x t u r ei nd i f f e r e n tt h i c k n e s so fs t e e ls h e e ti ss i m i l a ra n dtl i n e o r i e n t a t i o nt e x t u r ei nc e n t e ri sm o r ee x t e n s i v e ( 4 ) d y n a l l i ct r a n s f o r m a t i o np o i n lo f t i + n bu l n al o wc 碰r b o nb hs t e e ld e c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo fc o o l i n gr a t ea n dr a n g eo ft r a n s f o r m a t i o nt e m p e r a t u r eb e c o m 堍w i d e r n y n a n l j c t r a n s f o r m a t i o np o i n ta n dr a n g eo ft r a n s f o r m a t i o nt e m p c r a m r eo ft i + vu l n al o wc a r b o nb h s t e e lh a v el i t t l ec h a n g ew i t ht h ei n c r e a s eo fc o o l i n gr a t e t h em i c r o 咖o fs t e e la f t e rh o t r o u i l 喀i sf e r r i t ea n dt h eg r a i nd i a m e t e ro f f c n i t c 出翻崩l s 锚w i t hu l l ei n c r m s co f c o o l i n g 船主e k e y w o r d s ：u l t r al o wc a r b o nb h s t e e l , m i c r o s t r u c t u r e ，p r o p e r t i e s ，t e x t u r e 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 北京科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：娩日期：丞叫 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：二娘导师：尘睥j ， 北京科技大学硕士学位论文 引言 从宏观来讲，烘烤硬化钢板包括氮化钢板、双相钢板、铝镇静高强度烘烤硬化钢板 和超低碳烘烤硬化钢板；一般人们所讲的烘烤硬化钢板是指铝镇静高强度烘烤硬化钢板 和超低碳烘烤硬化钢板。我国烘烤硬化钢板的的开发经历了三个阶段。也可以说是用三 种方法来生产。第一阶段采用加磷的铝镇静钢生产；第二阶段采用超低碳铝镇静钢生 产：第三阶段是由i f 钢来生产烘烤硬化钢板。由于超低碳烘烤硬化钢板碳含量较低， 具有超深冲性和良好的塑性，可以完全取代铝镇静钢板用于汽车零件的冲压成形，尤其 是形状更负责，成形难度更大的零件。 烘烤硬化钢板的本质是高温时效强化便钢板经过冲压成形和涂漆烘烤后钢板的强度 增加。钢板中具有一定的位错和固溶原子是钢板获得烘烤硬化性的必要条件；这也是制 定烘烤硬化钢生产工艺的根据。对于超低碳烘烤硬化钢板而言，固溶原子的数量通过微 合金元素与c 、n 和s 等原子的比例来控制。根据微合金元素的不同，通常的超低碳烘 烤硬化钢板可分为t i 处理、n b 处理和t i + n b 复合处理三种，其中t i + n b 复合处理的超 低碳烘烤硬化钢板用的最为广泛。最近几年国外有人初步研究了用v 来代替而生产 的t i + v 复合处理的超低碳烘烤硬化钢板。 超低碳烘烤硬化钢板的生产工艺对获得理想性能的产品具有重要作用。超低碳烘烤 硬化钢板的热轧工艺要求低的板坯加热温度、低温开轧、低温( 略高于a t 3 ) 大压下终 轧和高温卷取；冷轧压下率 7 5 ；退火方式多采用连续退火。为了使退火钢板中具有 适量的固溶原子，退火后采取快速冷却，使部分原子来不及析出从而形成固溶体。 本课题来源于北京市科技计划重大项目“高品质汽车用特殊钢的开发与研究”，主 要承担超低碳烘烤硬化钢板的研究与开发工作。热轧终轧温度和冷轧压下率对烘烤硬化 钢板的组织和性能具有较大的影响。合适的热轧终轧温度有利于在热轧板中形成粗大析 出物，有利于冷轧、退火过程中织构和固溶原子的控制。大的冷轧压下率使钢板的畸变 能增加，有利于再结晶退火钢板的组织和织构形成。织构与钢板的深冲性有紧密额关 系，本文研究了不同冷轧压下率的冷轧和退火织构，热轧冷轧和退火织构的演化以及退 火钢板不同厚度的织构，对于现场生产有较强的指导作用。 北京科技大学硕士学位论文 l 文献综述 1 1 汽车工业与汽车板 随着人类社会的进步和人们生活水平的提离，汽车作为便利的交通工具越来越受到 人们的青睐。在世界范围内，汽车产量逐年增加，2 0 0 4 年全世界生产汽车的总数为 6 ，3 9 5 万辆，比上一年度增长了5 6 。 自1 9 5 6 年制造出第一辆汽车以来，我国汽车产量逐年增加。汽车工业是我国的支 柱产业之一。2 0 0 4 年中国汽车产量为5 0 7 1 万辆，首次突破5 0 0 万辆，位居世界第四 位，占全球总量的7 3 3 。近年我国汽车产量如表1 1 和图1 1 所示。 表1 i 近年我国汽车产量 1 年份年 2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 2 0 0 52 0 0 6 汽车万辆 3 2 5 1 04 4 4 3 75 0 7 0 56 1 5 3 47 2 7 9 7 轿车万辆 1 0 9 0 02 0 6 8 92 3 1 6 32 9 5 8 43 8 6 9 5 爆 k 删 钆 年份年 图1 1 近年我国汽车产量 汽车工业的发展与原材料工业有着极为密切的关系【l 】，没有原材料工业作基础，汽 车工业就成为“无米之炊”。据统计，生产一辆汽车的费用为“原材料占5 3 、制造 - 2 北京科技大学硕士学位论文 占3 0 、设计开发占5 、其它占1 2 ”。汽车工业的原材料以钢材为主。钢材中用 量最大的是薄钢板，生产一辆汽车约使用薄钢板6 0 0 - 8 0 0 k g ，薄板成形件5 0 0 - - 6 0 0 件 1 2 。汽车行业是薄钢板材的最大用户嘲。 1 2 国内外汽车板的研究现状与发展趋势 1 2 1 超深冲钢板 按汽车用薄钢板的发展历史和成形性能水平，可以将冲压用汽车板的发展分为三代 产品，即普通沸腾钢、铝镇静钢和以i f 钢为代表的超低碳钢。三代深冲钢性能比较如 表1 2 所示1 4 。 表1 2 三代冲压用钢板的性能比较 钢种抗拉强度m p a屈服强度m p a 8 rn 沸腾钢 1 8 0 1 9 02 9 0 - - 3 1 04 4 4 4 8t o 1 2约0 2 2 铝镇静钢 1 6 0 1 8 02 9 0 - - 3 0 04 4 5 01 4 1 8 约o 2 2 i f 钢l o 驴1 5 0 2 5 0 3 0 0 4 5 5 5 i 8 2 8 o 2 3 o 2 8 据报道，约在1 9 6 7 - - 1 9 7 0 年出现了商品i f 钢 5 1 。世界上许多著名的钢铁公司都十分 重视对超低碳钢的研究、开发、生产和应用，例如日本的川崎和新日铁、美国的阿姆 科、德国的t h y s s e nh o s c h 、法国的s o l l a o 等。超低碳钢已经成为一个国家汽车钢板生产 水平的标志。 我国超低碳钢的研究和开发起步较晚。在我国，1 9 8 9 年北京科技大学与武钢、宝 钢合作开始钢的研究与开发工作。宝钢1 9 9 0 年试制出的试验钢b f j 1 8 ，其性能与 日本川崎生产的i f 钢基本相近，如表1 3 所示脚。1 9 9 1 年至1 9 9 3 年生产的成品可与国 外同类产品相媲奏“。 表1 3 日本川崎与中国宝钢i f 钢板性能的比较 厂家板厚m m屈服强度小伊a 抗拉强度m p a屈强比6 惕 nrar 日本 0 81 3 02 9 0o 4 5 5 2 9 o 2 72 2 5o 5 3 川崎 中国 1 21 4 12 8 90 4 94 9 00 2 42 6 30 1 4 宝钢 3 北京科技大学硕士学位论文 自1 9 8 9 年以来，北京科技大学先后同宝钢和武钢合作研制超低碳薄板系列，至今 已成功地生产出i f 钢和热镀锌球钢板其它产品如超深冲高强钢板、热轧拉延板和深冲 板、烘烤硬化板等也已在实验室研制成功。北京科技大学通过对传统工艺流程的改进， 发明了生产i f 的c w 法。北京科技大学实验室开发的钢种系列的性能如表1 4 所示 嗍。 表1 4 北京科技大学研制开发的钢种系列的性能 品种e d d q i f i f h s sh 0 砰h g 珲h s su l c b h h r d d q i fr r d q i f y s = 2 2 0r = l9，= 1 3 ， 2 o，2 1 5 r = 1 8 - 2 2 占) 4 5 2 3 0 胁 2 1 i 7 5 t s = 0 5 5 凡= n 2 3 y 溺m 5刀o 2 2 n 砘2 3 也2 5b ob 限7 0 - 3 7 0 m p a - 0 _ 2 6 a i = 占；4 性能 疗2 0 2 5万 3 6 6 4 2 艿= 4 1 0 4 5 a i 1 8y s q 1 5 n 吮y s = 1 6 0 氆o l 旧ay s 2 1 5 1 1 2 棚p a 1 s = 2 5 2 甩地2 0 t s 0 5 艇，at s = 3 4 0 - 4 1 0 慨t s 0 5 0 m p a 2 7 7 h 舶p a 完成 1 9 9 2 憾 1 9 9 4 - 0 91 9 9 鲫31 9 9 6 - 0 31 9 9 4 = ( ) 31 9 9 5 4 ) 31 9 9 7 - 0 3 时间 注：a j 为时效指数：b t t 为脆性转变温度。 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 3 年份年 图1 2 宝钢历年i f 钢的产量 d 北京科技大学硕士学位论文 目前，宝钢i f 钢c 和n 的控制水平己达国际先进水平( 2 0 p p m 左右) ，冲压性能从 d q 到s e d d q 均可批量生产。与此同时，钢家族( 普板、热镀锌和电镀锌) 也得以迅速 发展。不但能够生产i f 软钢，也可生产强度达4 4 0 m p a 的高强度钢。据统计， 2 0 0 2 年产量突破1 0 0 万吨，2 0 0 3 年达到了1 4 5 万吨，实现了规模突破 9 1 ，历年来宝钢i f 钢 的年产量如图1 2 所示。武钢和鞍钢也进行了的生产研究和开发。 1 2 2 高强度钢板 高强度钢板通常是指抗拉强度在3 4 0 m p a 以上的钢板。高强度钢板按轧制产品分为 热轧高强度和冷轧高强度钢板。主要强化机制有：固溶强化，析出强化，相变强 化【i o l 。 2 0 世纪7 0 年代的世界石油危机，引发了人们对能源的特别关注。当今社会经济发展 中，能源和环境问题已成为不可回避的重大社会课题，汽车和冶金工业也不例外。增加 钢板强度是减小板厚、减轻车重的主要途径，当钢板厚度分别减d , o 0 5 m m 、0 1 0 m m 和 0 1 5 m m 时，车身减重分别为6 、1 2 和1 8 。据统计，汽车车重每减轻1 ，燃料可降 低0 6 i 0 t j 。 器 憩 挺 i 。e f 葫 i 。葡萝韵。 i 。面d f 铜 i 萄旬1 司侄铜 i i 蔽面丽。 i 燃花钢。 i 一磁柏饷 i 磺否釜钢一 锻否釜丽一 1 9 7 51 9 8 01 9 8 51 9 9 01 9 9 5 2 0 0 0 年份 图1 3 汽车用高强度钢板的开发进程 高强度钢的发展先是微合金钢，然后是含磷合金钢。2 0 世纪8 0 年代前期是d p 钢、b h 钢和i f 钢，1 9 9 0 年前后又开发出了各向同性钢，接着又开发了0 口、多相超高强度钢， 5 北京科技大学硕士学位论文 如图1 3 所示【。近年来又开发了复相钢和马氏体钢等高强度钢。表1 5 为几种典型的高 强度汽车板的性能及用途情况【1 3 】。另外，3 4 0 m p a 以上强度级别的烘烤硬化高强度钢板 在汽车车门、发动机罩等外板方面得到了巨大应用i 。目前，先进高强度钢板( a h s s ) 的发展风头正劲，a h s s 主要包括d p 钢、t r i p 钢、复相钢和马氏体钢等，这类钢是通过 相变组织强化来达到高强度，强度范围为5 0 0 1 5 0 0 m p a 。 表1 s 高强度汽车板性能及用途情况表 钢种生产工艺屈服强度性能用途 高强度i f 较高强度 钢 加入n b 、t i 等元素微合金化4 0 0 胁轿车内板、外板 良好的成型性 烘烤硬化 烘烤加工硬化 4 0 0 肛，a 较高强度 轿车内板、外板 1 f 钢 良好的成型性 采用热处理工艺，形成约铁素5 0 0 低屈强比、高强度，易 轮毂、保险杠、悬挂系 d p 钢 统和加强件 体和2 0 马氏体的晶向结构1 2 0 哪心h成型、高加工硬化指数 汽车内、外扳 采用热处理工艺，形成铁素体和高 8 0 0 较高的吸收性能和吸收 c p 钢车门，防撞杆 比例的硬相( 马氏体、贝氏体等) l o c 日】慨 扩孔性能 采用热处理工艺，形成铁索体、马 6 0 0 高强度和商延伸性能，保险杠、底盘，结构件 1 r l p 锅 氏体和少量奥氏体 8 0 卟，f p a高碰j 童吸收性能 及加强件，车门，罩壳 通过高温的奥氏体组织快速淬火，强度最高级别的钢种，代替管状零件用于成型 m 钢 1 2 c 删h 转变为板袭马氏体组织成形性差要求低的车身零部件 阿塞洛公司汽车板碳钢主要品种由超高强度钢、高强度钢、冲压用高成形性钢等三 大类构成，包括1 1 个品种系列，钢种最大抗拉强度为1 5 0 0 m p a ，可以满足各类汽车用 钢板的需求【。其生产研发现状如表1 6 所示。 2 0 世纪9 0 年代起，全球钢铁厂开展了一系列减小汽车自重的研究，包括超轻型钢 制车体( u l s a b ：u l t r al i g h ts t e e la u t ob o d y ) 、超轻覆盏件研究( u l s a c ) 、超轻悬 架件研究( u l s a s ) 等。1 9 9 9 年1 月，全球1 8 个国家的3 5 个钢铁企业又组成了新的 联合体，共同出资启动了超轻钢制汽车车身的研究项目u l s a b - a v c ( ou l t r al i g h t s t e e la u t ob o d y - a d v a n c e dv e h i c l ec o n c e p t ) ，我国宝钢也参与了该项目的研究工作。图 1 4 是u l s a b a v c 的选材情况。 由图1 4 可以看出，新一代轿车用材中强度高于5 0 0 m p a 的材料占8 2 3 5 ，强度高 于8 0 0 m p a 的材料占6 1 6 8 。u l s a b _ a v c 采用的材料主要是m 钢板、b h 钢板、d p 钢板、t r i p 钢板以及复合材料【1 6 1 。 6 北京科技大学硕士学位论文 表1 6 阿塞洛高强度汽车用钢板的生产及研发现状 种类可生产的涂镀层产品 高强 主要牌号裸板电镀锌 e x a a g a l 合金化 度钢 h s l a2 4 0 ( 冷轧)c pc pc p h s l a 2 8 0 ( 冷轧) c pc pc pc p 高 h s l a3 2 0 ( 冷轧)c pc pc pc p 强 h s l a3 6 0 ( 冷轧) c pc pc pc p 度 h s l a4 0 0 ( 冷轧) c pc pc p 低h s t l a3 2 0 ( 热轧)c pc pc p 合h s l a3 6 0 ( 热轧)c pc pc p 金h s l a4 2 0 ( 熟轧)c pc pc p 钢 h s l a5 0 0 ( 热轧)c p h s l a5 5 0 ( 热轧)c p h s l a2 0 0 ( 热轧) c p a r c e l o r h 2 2 0 ( 冷轧) c pc pc pc p 含磷钢a r c e l o r h 2 6 0 ( 冷轧) c pc pc pc p a r e e l o r h 3 0 0 ( 冷轧)c p c pc pd a r c e l o r l 6 0b h ( 冷) q c pq c pq c tq c p 烘烤 a r c e l o r l 8 0b h ( 冷轧) q c p q c pq c pc q c t a r c e l o r 2 2 0b h ( 冷轧) q c p q c pq c pq c p 硬化钢 a r c e l o r 2 6 0 b h ( 冷轧) c p c p c q c t a r c e l o r 3 0 0b h ( 冷轧)c pc pc t 无间隙 i f1 8 0 2 2 0 ( 冷轧) c p qc p qc p qc p q 原子钢 i f2 6 0 1 3 0 0 ( 冷s l ) c p凹 c pc p 各向 同性钢 i s p a p i c e 2 2 0 i 2 6 0 i c 冷) c p qc p q d 注：c p 一已商业化；c t 一用户试验；q 一可获得外观敏感的表面质量：d 一正在开发中： c q 一用户采用外观表面质量板试验。 在日本，高强度钢板是指抗拉强度不小于4 9 0 m p a 的热轧带钢和抗拉强度不小于 3 4 0 m p a 的冷轧带钢。新日铁高强度钢板根掘材料强度和其它特殊性能的应用情况如表 1 7 所示【1 7 】。在汽车板的诸多性能要求中，存在着一些矛盾，如成形性和高强度之间， 7 北京科技大学硕士学位论文 回收性和较强的耐腐蚀性之间的矛盾。为了解决高强度强度和成形性之间的矛盾，d p 钢和t r i p 钢应运而生。 材科百分比 类型g b h1 0 c p l d p 7 4 h s l al 4 m a r tl t 豳田4 m i s c2 图1 4u l s a b - - a v c 轿车的用材情况 我国高强度钢板系列的研究取得了重大的进展。如6 0 年代的锰钢系列，7 0 年代的钛 钢系列，n 8 0 年代的含磷钢系列、含铌钢系列等1 1 甜。尤其是含磷钢板得到了很到的发 展。我国从1 9 8 2 年开始研究汽车用含磷钢板，到8 0 年代末期，已形成抗拉强度为 3 4 0 m p a 、3 7 0 m p a 、3 9 0 m 唧4 4 0 m p a 等四级钢种，并进行含磷钢板强度系列规范化工 作，将抗拉强度并为3 4 0 m p a 、3 8 0 m p a 、4 2 0 ，a 和4 6 0 姗p a 四级钢种，以满足汽车工业 发展的多种需求。 宝钢己经开发了高强度i f 钢、烘烤硬化钢和各向同性钢等产品并得到了应用。目 前，宝钢已经开始了热轧双相钢和热t r i p 钢的研发，并在实验室取得的成功，不久将 应用于生产。冷轧先进高强钢方面完成了6 0 0 m p a 冷轧t r 球钢和5 0 0 m p a 冷轧d p 的开 发，并试制成功。同时，开展了高可焊性双相钢的研究，以针对特定用户的需求。此外 热镀锌t r i p 钢也已经开展了实验室研究。表1 8 为宝钢生产的t r i p6 0 0 钢的典型性能及 其与国外的对比结果。 8 - 北京科技大学硕士学位论文 表1 7 新日铁汽车用高强度钢板 抗拉强度( 最小保证值) v l p a 钢种类别等级 3 4 03 7 0 3 9 04 4 0 4 9 05 4 05 9 0 6 9 07 舯9 5 09 帅l l 舳 1 2 7 0 c q 级 h i d e 级 热轧 l y r ( d p ) 热 h f ( t r 妒) 轧c q 级 带h i - i e 级 e g 钢 【，y r ( d p ) h f ( 下r j p ) c q 级 g a 眦级 c q 级 d q 级 d d q 级 冷轧b h 级 眦级 l y r ( d p ) h f ( 1 1 u p ) c q 级 冷 d q 级 轧 d 1 ) q 级 带 e g b h 级 钢 咖级 l y r ( d p ) i ? ( t r 口) c q 级 d q 级 d d q 级 g a b h 级 h h e 级 l t ( d p ) 注：c q 级：商业级；h h e 级：高扩空性级；l y r ( d p ) 级：低屈服比级；i - i f ( t r i p ) 级： 高成形级；d q 级：扩孔级；d d q 级：深冲性级；阴级：烘烤硬化性级 9 北京科技大学硕士学位论文 表1 8 宝钢t r i p 6 0 0 的典型性能及其与国外的对比结果 厂家屈服强度m p a抗拉强 射m e a延伸率抗拉强度x 延伸率 n 宝钢4 0 3 6 2 8 3 52 2 6 0 8o 2 2 n k k4 1 46 2 83 42 1 1 0 1o 2 l u s s3 9 9 76 2 6 73 0 5 鞍钢也正在进行d p 钢和t r i p 钢的开发和研究工作。 总体来说，我国目前能大量生产汽车用钢板的有宝钢和武钢，但4 0 左右的汽车用 钢材还是来自于国外【嘲。目前，国内外汽车板的发展趋势主要有以下几个方面例： 减重节能，大量采用高强度钢板，特别是高级别的高强度钢板。特别是以d p 钢 和t r i p 钢为代表的先进高强度钢板系列； 提高耐蚀性，大量采用镀锌钢板； 大量采用激光拼焊和激光焊接等新技术。 1 3 国内外b h 钢板的研究现状与发展趋势 1 3 1b h 钢板的分类和烘烤硬化机理 乱b h 钢的分类 目前，b h 钢板主要分为四种，即氮化钢板、双相钢板、铝镇静高强度b h 钒板和超 低碳高强度b h 钢板。习惯上人们把双相钢板和超低碳高强度b h 钢板分别视为单独的种 类， 通常所说的烘烤硬化钢，是指加磷的铝镇静钢，亦即b h 钢【2 l 】。 氮化钢板常温时效性能差，不能长期储存且冲压时钢板表面易产生滑移线，值、 以值和塑性低，冲压成形性能差，不适用于冲压零件的成形。 双相钢板强度高，抗凹陷性能好，但是，冲压成形性能差且价格较贵，一般只用于 制作结构件。 铝镇静高强度b h 钢板的，值、刀值和j 值较高，冲压成形性能和塑性较好，具有较 高的强度和抗凹陷性，适于汽车零件的冲压成形，特别是汽车车身外覆盖件。 超低碳高强度b h 钢板的r 值、玎值和6 值较高，具有超深冲性和良好的塑性，还具 有更高的强度和抗凹陷性。它可以完全取代铝镇静高强度b h 钢板用于汽车零件的冲压 成形，尤其是形状更复杂，成形难度更大的零件，更适合于制作轿车车身外覆盖件。超 1 0 北京科技大学硕士学位论文 低碳烘烤硬化钢扳能够在连续涂镀线上生产热镀锌和电镀锌钢板而不需要过时效阶段 阎。 b b h 钢板的烘烤硬化机理 b h 钢板产生烘烤硬化的物理机制如图1 5 所示。b h 钢板经过热轧、冷轧、退火平 整后，基体内位错密度很低，给其施加一定的预变形后，基体内位错密度增加，使间隙 固溶原子c 、n 向位错扩散的距离缩短，当高温烘烤时效处理时它们的热激活能增加， 促使其向位错的扩散速度加快，使得c 、n 原子钉扎位错，从而使得b h 钢板再次加工 时屈服强度得到提离。因此，烘烤硬化性实质上同常温时效性一样都属于应变时效机 理，但b h 值反映的是由钢中的间隙固溶原子c 、n 所产生的高温应变时效现象。烘烤 硬化钢板的b h 值通常约为4 0 m p a 。获得烘烤硬化的关键是最后成品板中存在一定的固 溶c 原子l ，退火工艺的效果同样受到微合金元素与基体中固溶c 原子的比例。 r 捌 。国图园圈位错 退火平整后 预应变后 烘烤硬化后 加l 硬化后 图1 5 产生烘烤硬化的物理机制 烘烤硬化性能( b h 性，即b a k eh a r d e n i n ga b i l i t y ) 是指钢板在退火、平整后的供货 状态下有较低的屈服强度，经过冲压成形、喷漆烘烤后屈服强度的到一定程度增加的性 能。b h 性用b h 值来评价。用常温时效指数a j 值来衡量烘烤硬化钢板的常温时效性。 图1 6 表示b h 值和a i 值的测定方法f l l 。 北京科技大学硕士学位论文 r 钽 擐应变 图1 6b 钢板的b h 值和a i 值测定方法图 测b h 值的条件是，预拉伸应变量2 ，时效条件为1 7 0 、2 0 m i n ；a i 值的预拉 伸应变量8 ，时效条件为1 0 0 ，l h 。二者的评价方法和数值都很相似，通常b h 值 高，在伽值也必然高。并且m 值总是小于b h 值。在烘烤硬化钢板的成分和工艺参数 中对烘烤硬化值影响最大的是固溶体中的固溶c 量，测量固溶体中固溶c 量的方法有 热电能测量法嘲( t e p ：t h e r m o e l e c t r i c p o w e r m e a s u r e m e n t ) 和内耗测量法 1 3 2b i d 钢板的研究与开发现状 早在2 0 世纪4 0 年代，人们就发现了应变时效现象，并对此进行了大量的研究，揭 示了这一现象产生的物理机制是钢中固溶c 、n 原子钉扎位错的结果。l 9 6 9 年 d e l l a n o r e 等提出了一种采用罩式退火生产铝镇静钢获得b h 性而又不会导致较大常温时 效性的方法。真正用于汽车工业的d h 钢板的研究和开发是从2 0 世纪7 0 年代以后开始 的。2 0 世纪7 0 年代末，采用罩式退火工艺生产的铝镇静钢高强度烘烤硬化钢板已经进 入市场。同时，通过连续退火工艺生产的具有更高强度的双相钢也已开发。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着礤钢为代表的超低碳系列产品的开发，进一步提高薄 钢板深冲性能成为现实。具有超深冲的b h 钢板的研究取得了突破性的进展，超低碳高 强度b h ( e l c b h ) 钢板以广泛用于制作汽车车身外覆盖件，已有取代铝镇静高强度 钢板的趋势。 2 0 世纪9 0 年代以来，e l c b h 钢板得到了较大的发展，新产品、新工艺不断涌 现，呈现出更广阔的应用前景和发展潜力。很多学者对超低碳b h 钢板的成分和工艺对 钢板性能的影响进行了研究。a v a ns n i c k 等人系统地研究了c 含量和卷取温度对n b 处理的超低碳烘烤硬化钢板的热轧和冷轧性能的影响 2 6 1 。b o - y o u n gh a t 等人研究了退 1 2 北京科技大学硕士学位论文 火条件对烘烤硬化钢板阴值的影响1 2 7 1 。j a a n o v e e 等人研究了b h 值对t i 或n b 处理的超 低碳烘烤硬化钢板的性能影响 2 8 1 。b c d ec o o m a n 等人研究了超低碳烘烤硬化钢板低温 析出的动力学闯题，认为通过测定强度能够精确地确定出动力学和析出阶段 2 9 1 ，并研究 了超低碳烘烤硬化钢的静态应变时效行为1 3 0 j 。 随着汽车工业进一步朝着减重、节能的趋势发展，前苏联、日本、德国、法国、英 国和韩国等国家相继对具有优异成形性和高强度的冲压钢扳一一烘烤硬化( b h ) 钢进 行了研究。2 0 世纪8 0 年代，日本、德国率先开发出3 0 0 4 0 0 m p a