高频淬火用合金化热镀锌钢板的研究-20120522.doc

高频淬火用合金化热镀锌钢板的研究2012-05-21 12:04:29 1 概述近年来，作为温室气体的CO2排放已成为全球问题，运输部门的CO2排放量仅次于产业部门，人们迫切期待着减少汽车的CO2排放量。为减少汽车的CO2排放量，使用混合动力车和电动车当然是一种有效的手段，减轻车身重量、降低燃耗也是有效手段之一。但另一方面，随着汽车防碰撞安全法规要求的不断提高，汽车的安全性和车身的轻量化是相互矛盾的。因此，各汽车制造公司积极采用高强度钢板，尤其是对车身骨架使用抗拉强度在980MPa以上的超高强度钢板的例子越来越多。在冲压成形的同时进行热处理（淬火）的模压淬火技术（热冲压），或在加工后采用高频淬火或激光淬火提高部件局部强度的局部淬火技术作为能够简单地使部件高强度化的技术也已被采用。本文就采用局部淬火技术淬火后抗拉强度达1470MPa级的高频淬火用合金化热镀锌钢板（下称GA）进行介绍。2 高频淬火技术高频淬火技术就是在钢板冷成形后对需要提高强度的局部进行淬火强化，从而获得高强度部件的技术，它与模压淬火技术一样都是解决高强度钢板的成形性和尺寸精度问题的手段之一。例如，在对使用环形力补强的中心支柱等部件进行高频淬火时，由于能进行局部淬火，因此不需要环形力，可以解决轻量化和防碰撞安全性的矛盾。另外，高频淬火技术通过预先将点焊接的部分进行软化，因此比模压淬火技术更容易对高强度钢板进行点焊接。3 开发钢的成分设计为使原板强度控制在440MPa级或590MPa级，因此要求本开发钢在确保具有与普通钢板相同成形性的同时，将淬火后的强度设置在1470MPa。试验钢的化学成分示于表1。首先，将试验用钢进行热轧、酸洗去除氧化铁皮后，再冷轧至1.4mm厚，并进行再结晶退火。然后将由此获得的冷轧退火钢板在950下进行高频淬火，制作了JIS5号试样进行抗拉试验。高频淬火装置采用放射温度计测温，通过调整高频输出功率，可以调整淬火温度。根据C当量（Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14）及钢中的C量和淬火后的抗拉强度的关系，对所得结果进行了整理。结果可知，高频淬火后的强度和钢中的C量有很大关系，淬火后的强度基本取决于钢中的C量。之所以看不到与C当量的相互关系，可以认为是因为在使用高频淬火装置的情况下，淬火后会形成马氏体单相组织，而不会生成铁素体的缘故。因此，为使开发钢的抗拉强度达到1470MPa，还要考虑制造时钢中C的变化，并将C控制在0.23%。为确保原板强度为440MPa或590MPa钢的成形性与普通钢相同，应将组织控制在铁素体珠光体组织。另外，为确保充分的淬火性，添加了Cr和B。在确保添加B效果的同时，为提高超高强度钢板的抗延迟断裂特性，添加了Ti。尤其是，对于原板强度为590MPa的钢，为确保原板强度，添加了Si。4 开发钢的特性4.1 原板的特性根据实验室的研究结果，用实机生产了GA钢板。该钢板的力学性能示于表2。结果表明，440MPa和590MPa钢的延伸特性都比普通钢的好。对板厚1.8mm的试验钢，采用顶端直径?mm的DR形电极，以4.41kN的加压力、30循环/60Hz的焊接时间和5-14kA的焊接电流进行焊接，然后对焊接性进行了评价。根据不同焊接电流整理的抗拉剪切强度和十字抗拉强度的结果可知，与以往所得的结果相同，抗拉剪切强度呈现比原板强度增大的趋势，由于焊接电流值高于JISZ3140的A级标准的焊接电流值，最小点焊熔核直径为?.7mm，因此440MPa级和590MPa级钢的抗拉剪切强度都超过JISZ3140的A级标准的抗拉剪切强度（440MPa级：11800N；590MPa级：16200N）。另外，从能获得点焊熔核直径为?.7mm的电流到发生焊接飞溅前的最佳焊接电流范围来看，440MPa级钢的焊接电流为3.0kA左右，590MPa级钢的焊接电流为2.5kA左右，这种焊接电流范围完全能确保实际应用。以往有文献指出，十字抗拉强度几乎不受母材强度的影响，但在没有发生焊接飞溅的范围内本开发钢590MPa级的接头强度比440MPa级的高。可以推测这是由于添加Si的作用所致。比较440MPa级和590MPa级原板镀层断面的SEM照片可知，钢板和镀层界面生成的相薄。表层部看不到相，基本由单相构成。镀层的敷粉性等良好。4.2 高频淬火后的特性采用高频淬火装置调查了淬火温度变化时的强度变化情况。另外，对在1000时进行淬火的钢板进行了夏比冲击试验，并对淬火后的低温韧性进行了评价。根据高频淬火温度对淬火后强度的影响可知，由于440MPa级和590MPa级钢的淬火温度都在900以上，因此强度能提高到1470MPa以上。根据JIS4号冲击试样标准制作了2mm V切口试样，并进行夏比冲击试验。冲击试验结果可知，440MPa级和590MPa级钢的吸收能在常温至-40的范围内几乎相同，可以说在实际应用上没有问题。接着，采用U型弯曲-盐酸浸渍法对淬火后的抗延迟断裂特性进行了评价。延迟断裂试验方法为，先把按弯曲半径15mm进行弯曲的试验材放入电炉加热至1000后用水进行淬火；接着，在对试验材的弯曲部加载1500MPa应力的情况下，将其放在0.1N的盐酸中浸渍336h（14天），检查有无裂纹发生。结果可以确认，440MPa级和590MPa级钢都没有发生裂纹，淬火后的延迟断裂特性好。另外，为评价部分淬火温度影响部位的涂敷性能，进行了以下模拟试验。图1示出了涂敷性能评价用试样。采用高频淬火装置，从线圈位置X1到X4以10mm的间隔，一面用热电偶进行测温，一面对试验材进行加热，如图1所示的线圈位置X1中的加热温度大约1000的情况下保持20s后用水进行淬火。对实施这种热处理的试验材调查了镀层的残存状态、磷酸盐处理性能和盐温水试验后的耐蚀性。对于镀层的残存状况，采用SEM对断面进行观察，采用EPMA对Zn进行分析。在盐温水试验中通常是在磷酸盐处理后进行电镀，并采用横切的方法使涂敷膜划伤后进行评价。在试验中，为使温度测定位置能穿过X1-X4，对试验材进行了切割，然后在55的5%食盐水中浸渍240h，测定了X1-X4的最大膨胀宽度。另外，对没有热处理的试验材也进行了盐温水试验，测定了最大膨胀宽度。研究了淬火后从X1-X4位置取样的试验材的镀层残存状态，并观察了磷酸盐皮膜表层部的SEM照片。结果可知，加热温度达到1000左右时，镀层残存下来，磷酸盐处理性也较好。根据盐温水试验的结果可知，盐温水试验后的膨胀宽度也较好，与没有实施淬火的钢板相同。本开发钢板即使在以900-1000的加热温度进行淬火处理的情况下，也不会损坏钢板的涂敷性能，能够生产出局部强度达1470MPa的部件。5 结束语神户制钢公司开发的高频淬火用440MPa级GA钢板淬火后的强度可达1180MPa，它可用作生产需局部提高强度的中心支柱部件的坯料。本文就为适应进一步提高强度要求而开发的淬火后抗拉强度为1470MPa级的高频淬火用GA钢板进行了介绍。神户制钢公司开发的高频淬火用440MPa级GA钢板淬火后的强度可达1180MPa，它可用作生产需局部提高强度的中心支柱部件的坯料。本文就为适应进一步提高强度要求而开发的淬火后抗拉强度为147