高強(qiáng)度鋼熱成型

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1、汽車技術(shù)汽車用高強(qiáng)度鋼熱成型技術(shù)高強(qiáng)度鋼的熱成型技術(shù)可解決傳統(tǒng)成型高強(qiáng)度鋼板在汽車車身制造中遇到的各種問(wèn)題。介紹了汽車用高強(qiáng)度鋼熱成型的加工工藝、加工關(guān)鍵技術(shù)、熱成型零件的檢測(cè)方法以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。以用于熱沖壓成型的高強(qiáng)度鋼——硼鋼為例，對(duì)我國(guó)熱成型技術(shù)的應(yīng)用情況及未來(lái)熱成型技術(shù)需要解決的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。主題詞：高強(qiáng)度鋼板熱成型硼鋼1汽車用熱成型高強(qiáng)度鋼長(zhǎng)期以來(lái)，鋼鐵一直是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)，雖然汽車制造中鋁合金、鎂合金、塑料及復(fù)合材料的用量不斷增加，但高強(qiáng)度鋼以其具有的高減重潛力、高碰撞吸收能、高疲勞強(qiáng)度、高成型性及低平面

2、各向異性等優(yōu)勢(shì)[1,2]，已經(jīng)成為汽車工業(yè)輕量化的主要材料。21世紀(jì)的汽車行業(yè)以降低燃料消耗、減少CO2和廢氣排放成為社會(huì)的主要需求，為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，鋼鐵業(yè)已開(kāi)發(fā)出許多種類的高強(qiáng)度鋼板來(lái)幫助減輕汽車質(zhì)量，同時(shí)提高汽車的安全性。為兼顧輕量化與碰撞安全性及高強(qiáng)度下沖壓件回彈與模具磨損等問(wèn)題，熱成型高強(qiáng)度鋼及其成型工藝和應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前凡是達(dá)到U-NCAP碰撞4星或5星級(jí)水平的乘用車型，其安全件（A/B/C柱、保險(xiǎn)杠、防撞梁等）多數(shù)采用了抗拉強(qiáng)度為1500MPa、屈服強(qiáng)度為1200MPa的熱成型高強(qiáng)度鋼。同時(shí)，為解決高強(qiáng)

3、度鋼冷成型中的裂紋和形狀凍結(jié)性不良等問(wèn)題，出現(xiàn)了熱沖壓成型材料，已用其進(jìn)行了強(qiáng)度高達(dá)1470MPa級(jí)汽車部件的制造。本文首先介紹高強(qiáng)度鋼熱成型加工工藝及其關(guān)鍵技術(shù)，然后分析了國(guó)內(nèi)外熱成型研究成果與現(xiàn)狀，最后對(duì)熱成型技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了展望。2高強(qiáng)度鋼熱成型加工工藝2.1熱成型加工工藝2.1.1理論基礎(chǔ)與傳統(tǒng)的冷成型工藝相比，熱成型工藝的特點(diǎn)是在板料上存在一個(gè)不斷變化的溫度場(chǎng)。在溫度場(chǎng)的影響下，板料的基體組織和力學(xué)性能發(fā)生變化，導(dǎo)致板料的應(yīng)力場(chǎng)也發(fā)生變化，同時(shí)板料的應(yīng)力場(chǎng)變化又反作用于溫度場(chǎng)，所以熱成型工藝就是板料內(nèi)部溫度場(chǎng)與

4、應(yīng)力場(chǎng)共存且相互耦合的變化過(guò)程（見(jiàn)圖1）。這就要求熱成型用鋼板的成分要適應(yīng)熱成型過(guò)程中的熱循環(huán)。圖1應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和金屬微觀組織的相互作用2.1.2加工工藝熱成型工藝過(guò)程為：首先將常溫下強(qiáng)度為500~600MPa的硼合金鋼板加熱到880~950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成型，最后快速冷卻，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使沖壓件得到硬化，大幅度提高強(qiáng)度。這個(gè)過(guò)程被稱為“沖壓硬化”技術(shù)[3]。實(shí)際生產(chǎn)中，熱沖壓工藝又分為直接工藝和間接工藝，如圖2所示。直接工藝即下料后直接將鋼板加熱然后沖壓成型，主要用于形

5、狀簡(jiǎn)單且變形程度較小的工件；對(duì)于形狀復(fù)雜或拉深深度較大的工件則需要采用間接工藝（圖2b），即先將下好料的鋼板進(jìn)行預(yù)成型，然后再加熱實(shí)施熱沖壓。（a）直接工藝（b）間接工藝圖2熱成型工藝過(guò)程示意2.2熱成型加工關(guān)鍵技術(shù)高強(qiáng)度鋼板的熱成型技術(shù)的關(guān)鍵是用鋼選擇、鋼的表面鍍層、模具設(shè)計(jì)及熱成型零件的檢測(cè)。2.2.1熱成型用鋼選擇目前，熱成型用鋼均選用硼鋼，因微量的硼可有效提高鋼的淬透性，使零件在模具中以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度獲得所需的馬氏體組織，從而保證零件的高強(qiáng)度水平[4，5]。而且硼合金鋼板的強(qiáng)度可達(dá)到1500MPa，是普通鋼板強(qiáng)度的3

6、~4倍，將其應(yīng)用于汽車車身上不僅可直接減少料厚，減輕車身質(zhì)量，還可提高車身的被動(dòng)安全性。鋼板的熱成型性主要包括深沖成型性、脹形成型性、延伸凸緣成型性及彎曲成型性等。通常深沖成型性取決于鋼板的r值；脹形成型性取決于鋼板的延性（均勻延伸性或加工硬化指數(shù)）；延伸凸緣成型性及彎曲成型性則取決于鋼板的局部變形能和顯微組織均勻性。硼在延伸凸緣成型性和彎曲成型性的顯微組織均勻化方面起到了重要作用，其中22MnB5鋼的成型原理與此相符，是典型的熱沖壓高強(qiáng)度鋼（成分見(jiàn)表1），它利用微量的硼元素，通過(guò)熱成型后快速冷卻的方法獲得高的成型性和極高的

7、強(qiáng)度（見(jiàn)圖3）。目前，熱成型MnB鋼板在歐美和日本等主要汽車制造企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用。表122MnB5鋼的化學(xué)成分%圖3熱成型過(guò)程中22MnB5鋼的性能變化示意2.2.2熱成型用鋼的表面鍍層在熱成型過(guò)程中，鋼板在高溫下暴露于空氣中會(huì)引起表面氧化而形成氧化鐵皮，為不影響后續(xù)的涂裝工序，熱成型后的零件需要經(jīng)過(guò)噴丸或酸洗去掉鋼板表面的氧化鐵皮，這無(wú)形中增加了生產(chǎn)成本。而且鋼板在氧化的同時(shí)也會(huì)引起鋼板表面的脫碳，進(jìn)而影響鋼板的強(qiáng)度。此外，隨著汽車零件耐腐蝕性能要求越來(lái)越高，表面進(jìn)行鍍層處理的鋼板越來(lái)越受到人們的重視，一系列熱成型用鍍層鋼

8、板被相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)。同常規(guī)的冷成型用鍍層鋼板不同，熱沖壓用鋼板的鍍層需要具備抗高溫和耐腐蝕的特點(diǎn)。目前開(kāi)發(fā)的用于熱成型的鍍層板包括鍍Al板、鍍Al-Si合金板和鍍Zn板等。韓國(guó)POSCO鋼鐵公司正在開(kāi)發(fā)納米鍍層板，以提高鍍層的結(jié)合力，防止鍍層在加熱和成型淬火過(guò)程中剝落。CSiMnCrB0.2