汽车用薄钢板工艺及特性

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1、汽车用薄钢板工艺及特性汽车用薄钢板工艺及特性 孟繁茂 （中信微合金化技术中心） 1 前言前言 环境保护要求汽车降低CO2排放量尽可能的减小，要求减轻车体重量。在确保安全的条件下减重，必然要发展高强度钢板。车体的刚度只靠钢的强度是不行的，还需要改进车体部件结构设计，采用补强材料。乘用四门车要求安全而且美观，因而对钢的成型性、耐撞击抗变形性、吸收撞击功能要高。众所周知，强度提高则加工困难。以上种种因素促成汽车用板材的发展，并且使其取得很大进步。 表 1 和表 2 分别列出日本 JIS 标准的冷轧带钢和热轧带钢，强度从 270MPa 到1180MPa。大体上说汽车内外板用钢有如下几种： （1）普通低

2、碳铝镇静钢； （2）以 Nb、Ti 为碳氮化物形成元素的细化晶粒钢和沉淀强化钢； （3）铁素体基上弥散分布的马氏体复相组织强化的双相钢； （4）利用残余奥氏体产生高延性的 TRIP 钢（相变诱导） ； （5）Nb、Ti 固定超低碳（C20ppm）的 IF 钢，是具有高 r 值的强化型 IF 钢。 表 1 冷轧带钢 TS （MPa） JFS 标准（川崎制钢） 注 JSC270C JSC270D JSC270E JSC270F JSC270DG 超低 C+B 极好的深冲性能 极好的（点焊）抗疲劳性能 （KTUX5） 超高 r 值 需要专用技术， 区张润滑织构控制 r3 270 JSC270H 超低

3、 C+Nb，超深冲性能和烘烤硬化 340 JSC340W JSC340H JSC340P 370 JSC370W JSC370P 390 JSC390W JSC390P JSC440W JSC440P 440 （CHLY440） 双相（+M） ，低 YR，超深冲性能 JSC590R JSC590Y 双相（+M） ，低 YR，超深冲性能 590 （TRIP） 含残奥，高延性 780 JSC780Y 980 JSC980Y 1180 JSC1180Y 强化 M 或 B，高抗弯性能 用热轧板代替冷轧板时，板厚精度和材质的均匀性是重要因素。例如评价成型性 因素之一的反弹性，它受板厚度、屈服强度、抗拉强

4、度等的影响，它们的均匀性对控制 反弹性是有利的。 表 2 热轧带钢 TS （MPa） JFS 标准（川崎制钢） 注 JSH270C JSH270D JSH270E 高精密（厚度和形状） 新热带机 薄而宽板 270 （KFN3） 310 JSH310W 370 JSH370WJ 400 JSH400WJ JSH440WJ JSH440R 高精密（厚度和形状） 新热带机 薄而宽板 440 JSH440B （SAPH440BH） 高烘烤硬化 490 JSH490W JSH490R JSH490B JSH540W JSH540R JSH540Y 薄而宽板并具极好的延性 540 JSH540B JSH5

5、90W JSH590R JSH590Y 可买的薄而宽板并具极好的延性 （RHA590DX） TRIP 钢 590 （RHA590FG） 超细组织（超 HSLA） JSH780W JSH780R JSH780Y （RHA780FG） 超细组织（超 HSLA） 780 （RHA780DH） 混合双相，极好的延性和抗疲劳性能 表 3 列出镀锌钢带的强度级别牌号以及特性。 表 3 镀锌钢带 原板 TS （MPa） JFS 标准（川崎制钢） 注 JAC270C JAC270D JAC270E JAC270F JAC270G JAC270H 超低 C+B 极好的深冲性能 极好的点焊缝抗疲劳性能冷轧 270

6、 （RAKTUX5） 超高 r 值镀锌版 JAC340W JAC340H 加 Nb 超低 C， 极好的深冲 性能和 BH 340 JAC340P r2.0 JAC390W 390 JAC390P JAC440W JAC440W 440 （RACHLY440） 双相 （+M） ， 低 YR 极好 的深冲性能 JAC590R 低 C HSLA 钢，极好的可 焊性 590 （RACHLY590） 双相 （+M） ， 低 YR 极好 的深冲性能 780 （RAAPFC780） JAH270C JAH270D 270 JAH270E 370 JAH370WJ 400 JAH400WJ JAH440WJ

7、440 JAH3440Y 高精密厚度和形状 新热带机 薄而宽板 热轧 490 JAH490Y 2 汽车内外板的特性及其工艺方法汽车内外板的特性及其工艺方法 2.1 成型性成型性 钢材成型性方式大致分为深冲、卷边、形状匹配以及压延性等，每种成型性都有 其相应的特性要求，它们与屈服强度，抗拉强度，延伸率， n 值，r 值的密切相关，如 r 值对深冲，卷边性有效，屈服强度对形状匹配特别有效。各种成型性和材料特性的关 系如表 4。 表 4 机械性能同成型性的关系 成型性 机械性能 深冲 反弹性 凸缘翻边形状匹配 屈服强度 抗拉强度 延伸率 n 值 r 值 （有效 无效） 2.2 抗起皱性抗起皱性 对汽

8、车外面板，成型后“起皱”是非常讨厌的。抗“起皱”成为外板的极重要特 性，它与冲压件的原板厚度和屈服强度有依从关系。维持冲压件表面圆滑，钢板的高强 度而壁的减薄需要高的屈强比，这样的钢板才能在冲压成型时减少起皱缺陷的发生。作为技术措施，开发了具有应变时效硬化现象的烘烤硬化型 IF 钢，也称 BH 钢。 塑性各向异性高度发展的IF钢，经过在强度方面的研发成为BH钢。典型IF钢冲压 成形性极好，但屈服强度极低，容易产生“皱纹” 。BH钢采用较高温度（例 830） ，低 于Ac3点，稍高于NbCNb+C溶解反应的温度进行退火使NbC部分溶解，这样的钢既具 备高深冲性，又有适量的固溶C提供烘烤时效硬化。

9、固溶C、N量太少时不足以产生应变 时效硬化和烘烤硬化，太多时会降低r值。因此控制得当是关键。热轧母板时，NbC已完 全固定了固溶C。在冷轧后连续退火时既使111织构组织高度发展，又有部分NbC溶 解，产生一定量的残余C、N。这是 340MPa级IF兼BH性钢板的生产工艺要点。 最新研究报告采用较高 C，过量 Nb/C 比（化学比）生产高强度 IF 钢。利用过剩 Nb 强化晶界而提高钢的强韧性。 2.3 焊接性能焊接性能 车体装配多采用高效率点焊，不仅要求焊缝强度而且要求不发生点内断裂。决定 因素之一是按钢中 P、S、C、Si、Mn 等计算的 Ceq。特别是 S，必须尽量降低。其它元 素是钢成分

10、设计实行周密调控。 极低碳的钢应用广泛，特别是 IF 钢。焊缝疲劳性能和化学成分、机械性能见表 5。 表 5 实用钢的化学成分和机械性能 钢 C Ti Nb B YS(MPa)TS(MPa)El(%) r ULC(Ti-Nb-B) 0.002 0.03 0.0030.0004157 314 48 2.0 ULC(Ti-Nb) 0.003 0.03 0.008 137 294 51 1.9 ULC(Ti) 0.002 0.06 127 284 52 2.1 Low-C 0.040 176 304 46 1.7 Ti-Nb-B 钢的疲劳强度最好，不论是交变应力还是扭转应力都高于其它 3 种钢。其

11、次是 Nb-Ti 钢，只加 Ti 的钢明显不好，HAZ 组织显著粗大，强度低。 电阻焊时由于 C 量高，会引起焊缝区淬硬而性能劣化。特别是 M+F 双相钢，相变 产生的残余应力会降低疲劳性能。 不同厚度不同强度钢板接合的部件在冲压成形前广泛使用激光焊， 它对 HAZ 影响 较少，可以达到高精度。 此外，也使用机械接合法。诸多的连接法也促进了钢板的多样性的发展。 2.4 涂镀性涂镀性 高强度的应用主要是为减少厚度，这意味着还要提高抗腐蚀性。在严重腐蚀的环 境下，提高耐蚀性也是重要课题。极低碳钢加 P、Cu 可提高耐蚀性。更高要求的部件要 使用镀锌板。镀锌板分电镀锌和合金化镀锌两种。 镀锌过程是连

12、续的， 在约 550停留一定时间， 这就要求钢的性能对此不敏感才好， 所以极低碳钢对此有利。另外钢中 Si、Mn 比铁容易氧化成氧化物，它有害于 Fe-Zn 反 应，产生缺陷，钢中 P 推迟 Zn 的合金化，有碍镀层质量。 2.5 强化机制强化机制 （1） 固溶强化 由于合金化镀锌板对 Si、Mn、P 有上限要求，所以固溶强化 Si、Mn、P 的使用有 上限限制。 （2） 析出强化 作为析出强化元素 Nb、Ti、V，它们的最佳使用量的绝对值很小，对镀锌层的质 量无影响。析出强化钢的弯曲加工，卷边性都很优越，可以说是该类钢特长。 （3） 相变组织强化 所谓相变组织强化在汽车板中就是复合组织强化。

13、母相是柔软的铁素体，硬相是 马氏体或贝茵体以及残余奥氏体。 以马氏体为主的第二相，马氏体-铁素体双相钢，从微观上看马氏体是应变不均匀 的起因，因而导致良好的延伸特性，特别是均匀延伸性能更好。这是双相钢的超塑性在 常温下的行为。如果含有残奥会更好。会产生 PRIP 现象。马氏体的存在降低屈服强度， 对弯曲半径大的成形，对形状固定有利，即反弹性小。贝茵体含量多时，局部延伸性好， 对卷边性的加工有改善作用。 总之，适当控制软相基体中弥散分布的第二相、第三相，就会取得各种特性。 （4） 烤漆硬化 此即为应变时效硬化，极低碳钢对加热曲线不敏感，对烤漆硬化有利。 表 6 该出 440MPa 以内的内外板的

14、性能。 表 6 成形用钢板样品的机械性能 YS(MPa) TS(MPa) El (MPa) r AI (MPa) 270MPa 加 B ULC BH 超高 r 值 147 167 167 284 294 294 53 48 52 2.1 2.0 2.8 40 340MPa 加 B ULC BH 230 235 371 371 42 42 2.0 2.0 40 380MPa 加 B ULC 双相 257 200 403 420 39 39 1.6 1.0 60 440MPa 加 B ULC 双相 310 267 445 442 37 37 1.5 -1.0 60 BH(烘烤硬化) : 2%预应变

15、 170C20min 时效 3、超高、超高 r 值钢板生产技术与成形性值钢板生产技术与成形性 用以往的方法生产的用于深冲成形的冷轧板， r 值最高达到 2.4。 调整成分的 Ti-Nb 复合 IF 钢冷轧退火后111再结晶织构组织发达，r 值达到 3.0。其生产工艺要点是在 区下部温度初轧，在 区上部温度精轧，为防止垂直板面方向的不均匀变形，热轧时加 强润滑，这样热轧母板的再结晶111织构组织发达。 直角筒状深冲成形高 r 值是有效。防止深冲件侧面裂纹，r 值越大越好。 以上主要叙述日本汽车内外板用薄钢板情况。 3.1 高强度薄钢板的特征高强度薄钢板的特征 （1）高强度及其强化机理 表 7 列出了 TS440MPa 级到 1180MPa 级各类钢标准牌号及强化机理。 作为高强化的强化方法有：Si Mn P 的固溶强化；Ti Nb 等的碳氮化物的析出 强化；细化晶粒强化；钢中硬质相马氏体或贝茵体相变强化；加工位错强化。其 中铌的应用受到广泛重视，铌是沉淀强化、细化晶粒强化、相变强化高强度高韧性汽车 薄板不可缺少的元素。 作为冲压成形性的典型指标之一是拉伸试验的总延伸率，它与不同强化机制的高 强钢的强度之间存在关系。总体上是随强度的提高总延伸率下降。双相钢的强度高，总 延伸率也高；均匀组织钢强度较