热冲压用超高强钢22MnB5性能测试与分析
22MnB5钢焊点的力学试验
２２M n B ５钢焊点的力学试验王晓光１㊀宇慧平２㊀李晓阳２㊀陈树君２１．北京联合大学健康与环境学院,北京,１０００２３２．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京,１００１２４摘要:对淬火后２２M n B ５钢点焊结构进行了试验分析.通过拉伸试验结合应变片测得超高强钢的弹性模量㊁泊松比和焊点周边的力学特性及硬度与金相的观察分析,通过光学显微镜分析焊点处的断口样貌,得到了点焊结构破坏的原因,初步确定超高强钢点焊结构由塑性环㊁焊核㊁母材三部分组成.焊点处的力学变化是复杂的,远力端首先破坏失效,并且显示出了受力方向,塑性环是硬度最小部位,拉伸作用后连接部分产生负弯矩,该变矩作用能使焊核产生很小的转动角度.关键词:超高强钢;焊点;拉伸试验;硬度;塑性环中图分类号:T G １４６D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０１７．１９．０１８M e c h a n i c sE x p e r i m e n t s f o r ２２M n B ５S t e e l S o l d e r Ｇjo i n t s WA N G X i a o g u a n g １㊀Y U H u i p i n g ２㊀L IX i a o y a n g ２㊀C H E NS h u ju n ２１．B e i j i n g U n i o nU n i v e r s i t y ,H e a l t ha n dE n v i r o n m e n t ,B e i j i n g ,１０００２３２．B e i j i n g U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,C o l l e g e o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA p pl i e dE l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y ,B e i j i n g,１００１２４A b s t r a c t :F o r q u e n c h i n g s t e e l o f ２２M n B ５s p o tw e l d i n g s t r u c t u r ew a s a n a l y z e d i n t e s t ．U l t r a Ｇh i gh s t r e n g t hs t e e l e l a s t i cm o d u l u s ,P o i s s o n s r a t i o ,t h em e c h a n i c s p r o p e r t i e so f s o l d e r j o i n t s s u r r o u n d i n ga n dh a r d n e s s ,m e t a l l o g r a p h i cob s e r v a t i o na n a l y s i sw e r eo b t a i n e dt h r o u ght e n s i l e t e s tw i t ht h es t r a i n g a u g em e a s u r e m e n t s ．T h e r e a s o n s f o r d a m a g eo f t h e s t r u c t u r eb y s p o tw e l d i n g w e r eo b t a i n e db y th e o p t i c a lm i c r o s c o p e a n a l y s e s o f s o l d e r j o i n t so f f r a c t u r e a p p e a r a n c e ,a n d t h es u p e r Ｇh i g hs t r e n gt hs t e e l s o l d e r s t r u c t u r e c o n s i s t e d o f t h e p l a s t i c r i n g ,r e s i s t a n c e s p o tw e l d i n g a n d t h eb a s e t h r e e p a r t s p r e l i m i n a r i l y．T h em e c h a n i c s c h a n g e s o f s o l d e r j o i n t s a r e c o m p l e x ,f a r e n d f o r c e dm a y f i r s t d a m a ge f a i l u r e ,a n d s h o w s t h e s t r e s s d i r e c t i o n o f t h e p l a s t i c r i n g i s o f s m a l l e s t h a r d n e s s ,t h e c o n n e c t i n gp a r t p r o d u c e s n e g a t i v e b e n d i n g mo Ｇm e n t a f t e r s t r e t c h i n g ,t h i s b e n d i n g m a y m a k e t h ew e l d i n g p r o d u c e s a s m a l l r o t a t i o n a n g l e ．K e y wo r d s :u l t r ah i g hs t r e n g t hs t e e l ;s o l d e r Ｇj o i n t ;t e n s i l e t e s t ;h a r d n e s s ;p l a s t i c r i n g 收稿日期:２０１６０９０９基金项目:北京市自然科学基金资助项目(３１２２００４);国家科技重大专项(２０１４Z X ０４００１１７１)０㊀引言采用普通钢材的车身很难在汽车日常行驶过程中对驾驶人进行突发应急保护,需要研发抗冲击性能好㊁承载能力强的车身材料,因此超高强钢的研究和应用成为目前的研究重点.近年来,国内外研究人员通过各种试验方法㊁数学软件㊁仪器测试等手段对各种材料进行了研究,并取得了丰硕的成果.张晓波等[１]对高强钢断口的机理进行了研究;韩立军等[２]对淬火后钢材经过电阻点焊后,通过试验㊁硬度测试和断口分析,得到了焊核的力学性质;许君等[３]对双相钢材料的焊接焊点疲劳进行了试验分析,得到了焊接后焊点的力学特性.国外学者针对多种材质焊件的材料性质㊁焊件的有限元模拟等方面的试验研究很多[４Ｇ７],但对超高强钢点焊结构的力学特性研究较少.本文通过拉伸试验结合贴片法测得超高强钢材料力学的重要参数及点焊结构的力学特性,又通过硬度试验㊁金相分析,初步验证超高强钢点焊结构的力学模型由母材㊁焊核㊁塑性环三部分构成,同时还考虑了焊核周边的微小塑性环的力学性能.１㊀母材力学参数１．１㊀弹性模量与泊松比２２M n B ５是热冲压用钢,在供货状态下,其微观结构显示不是马氏体组织,在热冲压成形工艺中,先是在８８０~９５０ħ给坯料加热,并且保温５~１０m i n ,使钢板充分奥氏体化,然后快速(５~７s )转移到冲床并在６００~８００ħ下冲压,最后在冲压设备之间以大于３０ħ/s 的冷却速率快冷淬火,使成形件组织转变得到单一的马氏体相,强度显著提高,经处理后,其屈服极限约为１０００M P a,强度极限可高达１５００M P a ,成为超高强钢.拉伸试验样件形状尺寸及贴片示意图见图１.其中h ＝１０mm ,b ＝１．６mm ,所以拉伸试验样件的横截面积A ０＝b h ＝１６mm ２.电子万能机型号为Q B D Ｇ１００,静态应变仪型号为U C AM Ｇ６０B .拉伸试样的板材因不平整㊁初曲率㊁加工等因素可能会使载荷偏心,为了消除或减少该影响,采用多片法.在试件正反面的轴线上均贴电阻应变片.４个应变片均为工作片,采用四分之一桥路测量,为消除温度影响,需要温度补偿片.至少４~５级加载,每级加载应使应变有明显变化,故各级载荷增量ΔP ＝０．５k N .加载载荷及各应变片应变如表１所示,其中,Δε为后一次读数与前一次读数之差.图１㊀拉伸试件的贴片示意图F i g ．１㊀T e n s i l e s pe c i m e nof p a t c h 表１㊀载荷及应变T a b ．１㊀L o a da n d s t r a i n纵向片应变(１０－６)纵１(R x )纵２(R x ᶄ)读数差Δεx读数差Δεx ᶄ载荷(k N )０．４１１１５．８２６３５．５５０．９１２８５．５３１６９．７１７８９．８７１５４．３２１．４１４６１．００１７５．４７９５１．４１１６１．５４１．９１６３２．６３１７１．６３１１０９．５７１５８．１６２．４１７９３．２０１６０．５７１２５７．１６１４７．５９２．９１９０９．５４１１６．３４１３７８．３１１２１．１５平均１５８．７４１４８．５５横向片应变(１０－６)横１(R y )横２(R y ᶄ)读数差Δεy 读数差Δεy ᶄ载荷(k N )０．４－１２９７．５５－３３７．４９０．９－１３５８．１２６０．５７－３７４．９９２９．８１１．４－１４１０．５２５２．４０－４１６．３３４３．７５１．９－１４６３．８８５３．３６－４５６．７１４０．３８２．４－１５１０．５２４６．６４－５００．４６４１．３４２．９－１５２４．４６１３．９４－５３０．２７３７．５１平均４５．３８３８．５６１．２㊀参数计算为减小测试中的误差,一般采取增量法,即取相应电阻片的应变增量平均值计算.各级载荷增量相同,ΔP ＝０．５k N .试件上共贴４个应变片,分两组,左右对应的一横一竖为一组,故可以计算出两个弹性模量值和两个泊松比值:E ＝ΔP A ０Δεx＝５００１６ˑ１５８．７４ˑ１０－６＝１９６．８６G P a E ᶄ＝ΔP A ０Δεx ᶄ＝５００１６ˑ１４８．５５ˑ１０－６＝２１０．３７G P a E a ＝E ＋E ᶄ２＝２０３．６２G P a υ＝ΔεyΔεx＝ΔεyΔεx＝４５．３８１５８．７４＝０．２８υᶄ＝Δεy ᶄΔεx ᶄ＝Δεy ᶄΔεx ᶄ＝３８．５６１４８．５５＝０．２６υa ＝υ＋υᶄ２＝０．２７由上面计算结果可以看出,试验测出的弹性模量为２０３．６２G P a ,泊松比为０．２７.２㊀拉伸试验２．１㊀力学模型本文拉伸点焊试件的点焊搭接接头采用中频㊁伺服点焊设备N I MA K 机器X 型点焊钳,S C M ０１２伺服压力控制器和HW I ２００８中频控制柜加工而成,其主要的焊接工艺参数为:焊接电流６．５k A ,焊接时间４００m s ,冷却时间４００m s ,焊接压力４２００N ,焊接完成后施加锻压力６５００N .点焊后形成试件如图２所示.图２㊀实物图F i g ．２㊀D i a g r a mo f p r a c t i c a l i t y根据图２点焊试件建立本文的力学分析模型,如图３所示.图３㊀点焊构件力学模型F i g ．３㊀S p o tw e l d i n g me c h a n i c a lm o d e l 将贴片法与拉伸试验相结合,先在相应的部位贴上应变片,贴片示意如图４所示,测量各部位的应变.以一定的增量(ΔP ＝０．５k N )持续增加载荷,拉伸速度设为５mm /m i n .同时采集与每个载荷相对应的应变值,直至焊点被拉断,试验结束,得到点焊试件的应力应变关系曲线变化趋势,如图５所示,其中,图形线条上序号为应变片的序号,如 １表示１号片.图４㊀试件贴片位置示意图F i g ．４㊀S k e t c hm a p o f s pe c i m e n t i l es 图５㊀试件上各部位的载荷与应变F i g ．５㊀L o a da n d s t r a i no f e a c h p a r t o f t h e s pe c i m e n ２．２㊀结果分析贴片位置是反对称的,两两位置应变片的应变变化趋势较一致.从图６看出,７号㊁１５号片的应变值均为正值,说明在点焊试件的外表面上,７号㊁１５号片均受拉,并且应变变化趋势为随载荷的增大而增大.试验过程中并未出现非线性塑性变化,从而可以知道,点焊结构的材料经过淬火处理,强度大为增强,同时韧性有所降低,直至试验结束时,母材都未进入塑性阶段,因此基本上整个拉伸过程呈现线性关系.图６㊀贴片７㊁１５的载荷与应变F i g ．６㊀L o a da n d s t r e s s o f s pe c i m e n t i l e s ７,１５从图７中我们可以看出,１号㊁５号㊁９号㊁１６号片的应变值均为负值,由此可知１号㊁５号㊁９号㊁１６号片均受压,且应变均随载荷的增大而基本呈线性增大.１号㊁５号片位于同一块超高强钢板的表面上,９号㊁１６号片位于另一块超高强钢板的表面图７㊀贴片１㊁５㊁９㊁１６的载荷与应变F i g ．７㊀L o a da n d s t r e s s o f s pe c i m e n t i l e s １,５,９,１６上,１号㊁９号片上下相对,５号㊁１６号片上下相对.由于处于同一块钢板上,且位置处于同一截面且与焊核距离相同,９号㊁１６号片应变相近,１号㊁５号片应变相近,应变都随着拉伸力增大而增大,并近似呈线性关系,拉伸力与过程中产生的弯矩也是相关的,也呈线性关系.图８表示是２号㊁４号和１１号㊁１３号片的应变情况.从图８中可以看出:２号㊁１３号片的应变为正,均受拉;４号㊁１１号片的应变为负,均受压;且２号㊁１３号片位于焊核的同一侧,４号㊁１１号片位于焊核的另一侧.处于反对称位置的２号㊁１３号片和４号㊁１１号片的载荷应变情况的差异很明显.图８㊀贴片２㊁４㊁１１㊁１３的载荷与应变F i g ．８㊀L o a da n d s t r e s s o f s pe c i m e n t i l e s ７,１５,１１,１３２号㊁４号和１１号㊁１３号片位于焊核周围,受到焊核的影响,可以发现,该位置测试点的载荷应变关系变化复杂,呈现出非线性.在焊点周围的２号㊁４号㊁７号㊁９号片均受到弯矩的影响,并呈现出负应变.其中,因为位置的对称关系,２号与７号片应变比较一致,４号与９号片应变相近.从图６~图８可以看出,４处的应变都随着拉力增大而增大,并近似呈线性关系,由此可见,产生的弯矩与拉力作用相关,也呈现出线性关系.从图９中可以看出,４号片在不同载荷作用下的应变均为负值,２号片在不同载荷作用下的应变均为正值,说明焊点两侧一侧受拉一侧受压.焊核处３号片呈现出非线性特征,由轴向压应变逐渐转变为轴向拉应变.图９㊀贴片２㊁３㊁４号片的载荷与应变F i g ．９㊀L o a da n d s t r e s s o f s pe c i m e n t i l e s ２,３,４在拉伸过程中既受拉力作用影响,也受弯矩的作用影响,如图１０所示,应变值仍呈现出负值,由此可知在该处主要还是受弯矩作用影响.但从图９中很难看出应变规律,且两者所测得的应变量差异很大,这是由于焊核周围组织成分较复杂,焊核中心的硬度大于周围的硬度,材料性能不均匀,再加上所产生的弯矩使得焊核周围的应变情况变得复杂,贴片相对于材料变化更大,贴片位置的微小变动也会导致结果大相径庭,使得应变结果并不理想.图１０㊀弯矩产生示意图F i g ．１０㊀D i a g r a mo fm o m e n t ge n e r a t e d ２．３㊀硬度试验为了确定点焊结构力学模型的材料力学性能,本文进行硬度试验测试.硬度测试设备型号为Z HU ２．５万能硬度计,为了准确测量出点焊结构经过高温电阻点焊后的真实硬度,试验前对图２所示的试件进行了钼丝切割和镶嵌.硬度试样如图１１所示.从左上方至右下方,经过焊核中心点沿直径４５ʎ方向,每相距约１m m 打一个压痕点.(a )剖切后镶嵌试件㊀㊀㊀(b)压痕采点示意图㊀图１１㊀试件示意图F i g ．１１㊀D i a g r a mo f p r a c t i c a l i t y从图１２可以看出,超高强钢点焊结构经过电阻点焊以后,焊核部位的材料相当于重新淬火,因此多为马氏体相,硬度值较大,高达５００H V 以上,在塑性环部位,材料的硬度值仍旧有一定程度的下降.图１２㊀硬度分布图F i g ．１２㊀H a r d n e s s d i s t r i b u t i o nd i a gr a m 从整个结构的硬度分布来看,焊点周围的塑性环区域是硬度值最小的部位,虽然该部位在径向距离不超过２mm ,却是整个结构中最为薄弱的部位.２．４㊀金相分析对拉伸试验的试件断裂后的断口进行分析,采用电子光学显微镜对超高强钢点焊结构的力学模型的三部分,即母材㊁焊核㊁热影响区(塑性环)进行拍摄.拉伸试验结果表明,失效类型为剪切失效,失效形式为界面断裂.从图１３可以看出,断口平面并非圆形,而是一个以受力方向为长轴的近似圆.在断口横截面中心处存在气孔,这是在点焊过程中形成的,使得焊核组织不如母材紧密.(a )上板断口㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)下板断口图１３㊀断口平面图F i g．１３㊀F l o o r p l a no f f r a c t u r e 从图１４中可以看出断口表面一端相对凸起,另一端相对凹陷,这是弯矩所导致的,并且存在明显的纹路,表明远力端可能首先破坏失效,并且显示出了受力方向.从图１５中可以看出,整个焊点的微观形貌组成部分分为焊核㊁塑性环与母材三部分.结合前面的拉伸试验可以看出,塑性环部分最为薄弱.在拉伸试验过程中可以看到,在两端拉力作用下,连接部分会产生一个负的弯矩作用,(a)三维上板断口(b)三维下板断口图１４㊀断口三维图F i g ．１４㊀F r a c t u r e o f t h r e e Ｇd i m e n s i o n a lm ap(a)断口左端(b)断口右端图１５㊀断口断面图F i g．１５㊀S i d e o f f r a c t u r e 焊核在弯矩作用下,会产生一个角度很小的转动,因此,塑性环的远力端会因为焊核的转动产生额外的拉伸效果,相反,在塑性环的近力端,则会产生压缩效果.该处最容易成为点焊结构破坏起裂处.３㊀结论(１)初步确立超高强钢点焊结构力学模型,由焊核㊁塑性环及母材三个部分构成,并测得母材的材料力学参数.(２)点焊结构在拉伸过程中,拉力会使焊点产生力矩,内部产生弯矩的作用,该弯矩会对焊点周边产生较大影响,并成为结构破坏起裂处的主要因素之一.参考文献:[１]㊀张晓波,曹睿,冯伟,等．９８０M P a 高强钢T I G 焊接接头原位拉伸断裂机制[J ]．中国机械工程,２０１０,２１(２２):２７４６Ｇ２７５０．Z HA N G X i a o b o ,C A O R u i ,F E N G W e i ,e ta l ．F r a c Ｇt u r eM e c h a n i s mo f I n Ｇs i t uT e n s i l e o fW e l d i n g Jo i n t d f o r９８０M P a H i g h S t r e n g t h S t e e l s [J ]．C h i n a M e Ｇc h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０１０,２１(２２):２７４６Ｇ２７５０．[２]㊀韩立军,谷诤巍,张正林．超高强淬火钢板中频点焊接头组织与断口形貌[J ]．焊接学报,２０１０,３１(４):１０１Ｇ１０４．HA NL i j u n ,G UZ h e n g w e i ,Z HA N GZ h e n gl i n ．M i Ｇc r o s t r u c t u r e a n dF r a c t o g r a p h y o f I n t e r m e d i a t eF r e Ｇq u e n c y S p o t W e l d i n g o f P r e c i s i o n U l t r a Ｇh i g h S t r e n g t hQ u e n c h i n g St e e l [J ]．T r a n s a c t i o n so ft h e C h i n aW e l d i n g I n s t i t u t i o n ,２０１０,３１(４):１０１Ｇ１０４．[３]㊀许君,张延松,朱平．双相钢搭接点焊接头疲劳寿命分析[J ]．焊接学报,２００８,２９(５):４５Ｇ４８．X UJ u n ,Z HA N G Y a n s o n g ,Z h uP i n g ．F a t i g u eL i f e A n a l y s i so f L a p Ｇs h e a r S po t W e l d o f D u a l P h a s e S t e e l s [J ]．T r a n s a c t i o n s o f t h eC h i n aW e l d i n g I n s t i Ｇt u t i o n ,２００８,２９(５):４５Ｇ４８．[４]㊀HO U C H E N SAF ,P A G ERE ,Y A N G W H．N u Ｇm e r i c a lM o d e l i n g o fR e s i s t a n c eS p o tW e l d i n g [C ]//N u m e r i c a lM o d e l i n g o fM a n u f a c t u r i n g P r o c e s s ．A t Ｇl a n t a :A m e r i c a nS o c i e t y o f M e c h a n i c a lE n g i n e e r s ,１９７７:１１７Ｇ１２９．[５]㊀T S A ICL ,P A P R I T A NJC ,D I C K I N S O N D W ,e ta l ．M o d e l i n g o f R e s i s t a n c e S p o t W e l d N u g g e t G r o w t h [J ]．W e l d i n g J o u r n a l ,１９９２,７１(２):４７Ｇ５４．[６]㊀C HA E AS W ,KWO N K Y ,L E ETS ．A nO pt i m a l D e s i g nS y s t e mf o r S p o tW e l d i n g Lo c a t i o n s [J ]．F i n i t e E l e m e n t s i nA n a l y s i s a n dD e s i g n ,２００２,３８(３):２７７Ｇ２９４．[７]㊀MA HA D E V A NS ,N IK．D a m a geT o l e r a n c eR e l i a Ｇb i l i t y A n a l y s i s o f A u t o m o t i v e S p o t Ｇw e l d e d J o i n t s [J ]．R e l i a b i l i t y E n g i n e e r i n g a n d S y s t e m S a f e t y,２００３,８１:９Ｇ２１．(编辑㊀袁兴玲)作者简介:王晓光,男,１９７７年生.北京联合大学健康与环境学院助理研究员.主要研究方向为工程结构的相关试验.宇慧平,女,１９７３年生.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院博士㊁副教授.李晓阳,男,１９５５年生.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院教授㊁博士研究生导师.陈树君,男,１９７１年生.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院教授㊁博士研究生导师.。
热冲压成形后22MnB5钢的组织与拉伸性能以及拉伸时的微观形貌演变
b机械工程材料MATERIALS FO R M ECHANICAL ENGINEERING202 丨年 5 月第 45 卷第 5 期V"l. IS No. 5 May 2021 D O I：10.11973/jx g c c l202105008热冲压成形后22MnB5钢的组织与拉伸性能以及拉伸时的微观形貌演变袁昌望，黄加进，钟辉隆,李声慈(江西理工大学材料冶金化学学部，赣州341000)摘要：对比研究了 22MnB5钢经890 °C热冲压成形前后的显微组织与拉伸性能，采用原位拉 伸试验观察了热冲压成形后试验钢在单向拉伸过程中微观形貌的演变。
结果表明：热冲压成形前 试验钢的显微组织为铁素体和珠光体，热冲压成形后组织转变为马氏体，试验钢的强度和强塑积提 高，塑性下降；在拉伸过程中，试验钢先发生颈缩，随后原奥氏体晶界破坏，微裂纹萌生，夹杂物脱黏 形成孔洞型裂纹，随着拉伸的继续进行，裂纹扩展长大并相互连接，试验钢断裂；热冲压成形试验钢 的拉伸断口存在大量初窝，断裂形式为微孔聚集型断裂。
关键词：热成形钢；原位拉伸；裂纹扩展；马氏体中图分类号：TG142.1 文献标志码： A 文章编号：1000-3738(2021)05-0045-05M icrostructure, Tensile Properties and Micromorphology EvolutionDuring Tensile of 22MnB5 Steel after Hot StampingYUAN Changwang. HUANG Jiajin. ZHONG Huilong, LI Shengci(Faculty of M aterials M etallurgy and C hem istry, Jiangxi U niversity of Science and Technology, Ganzhou 341000, China) Abstract ：T he m icrostructure and tensile properties of 22MnB5 steel before and after hot stam ping at 890 °C were studied and compared. T he m icrom orphology evolution during uniaxial tensile of the test steel after hot stam ping was investigated by in-situ tensile te^sts. T he results show that the m icrostructure of the test steel before hot stam ping was composed of ferrite and pearlite. A fter hot stam ping, the m icrostructure changed to m artensite♦and the strength and the volume of strength and plasticity of the steel increased»while the plasticity decreased.During tensile, the test steel first underwent necking, then the original austenite grain boundaries were destroyed, leading to the initiation of m icrocracks, and the hole-type cracks were formed by debonding of inclusions. As the tensile continued, the cracks propagated and connected to each other, resulting in the fracture of the steel. A large num ber of dim ples w ere observed on the tensile fracture surface of the hot stam ped test steel, and the fracture form was microvoid coalescence fracture.Key words：hot stam ping steel；in-situ tensile；crack propagation；m artensite(>引言热成形钢具有强度高、密度小、成型时回弹小等 特点，主要应用于汽车加强件.如车门防撞梁、保险收稿日期：2020-06-15;修订日期：2021-04~02基金项目：国家自然科学基金资助项目（51804137):中国博士后科学 基金资助项S (2020T130556);江西省博士后择优资助项目（2019KY55);江西省教薄厅科技项目（GJJ170551)作者简介：袁昌望（1995 —），男，江西宜春人，硕士研究生导师（通信作者 >:李声慈讲师杠梁、侧边梁、A柱B柱加强件和腰轨加强件等[1<。
22MnB5超高强度热冲压成形钢的开发及应用
22MnB5超高强度热冲压成形钢的开发及应用
王欢龙;岳重祥;张志建;周洪宝
【期刊名称】《塑性工程学报》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】通过成分设计、轧制、退火及热冲压成形过程关键工艺参数的调控,研究分析了冷轧压下率、退火温度及热冲压成形冷却速度对22MnB5超高强度热冲压
成形钢(22MnB5钢)微观组织及力学性能的影响。
结果表明,22MnB5钢的冷轧压
下率控制在50%~60%范围时可实现酸连轧的稳定轧制,退火温度控制在780~820℃范围时退火态22MnB5钢的金相组织为均匀细小的铁素体和珠光体,且性能均匀稳定。
热冲压成形淬火在冷却速度不低于30℃·s^(-1)时可获得板条尺寸均匀的全马氏体组织。
本产品通过了热冲压成形生产线的工业试用,结果表明:热冲压成形后
22MnB5钢的屈服强度为1030~1113 MPa、抗拉强度为1480~1520 MPa、伸
长率在8.0%以上、硬度HV10不低于500、表面总脱碳层深度均在35μm以下,
热冲压成形后零件的尺寸精度、外观均满足客户需求。
【总页数】9页(P195-203)
【作者】王欢龙;岳重祥;张志建;周洪宝
【作者单位】江苏省(沙钢)钢铁研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
【相关文献】
1.22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验
2.22MnB5超高强度钢热冲压成形优化设计
3.22MnB5超高强度钢冷冲压成形的数值模拟
4.22MnB5超高强度钢防撞梁的冷冲压成形数值模拟
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22mnb5标准
22mnb5标准一、引言在材料科学和金属领域中，22mnb5是一种重要的合金材料，具有广泛的应用。
为了确保22mnb5的质量和性能，需要制定相应的标准。
本文档将介绍22mnb5标准的制定背景、目的、范围、引用标准、主要内容及实施效果。
二、制定背景随着工业技术的发展，对金属材料的要求越来越高，特别是在高温、高压、高强度等特殊环境下。
22mnb5作为一种具有优异性能的合金材料，被广泛应用于石油、化工、航空航天等领域。
为了保证22mnb5的质量和性能，需要制定相应的标准来规范其生产和使用。
三、目的和范围本标准的目的是规范22mnb5的生产、检验和验收，确保其性能符合相关要求。
本标准适用于22mnb5的制造企业、使用单位和个人，以及相关科研机构和监管部门。
四、引用标准本标准引用了以下标准和文件：1.《金属材料高温性能试验方法》GB/T 20975；2.《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T 228；3.《金属材料维氏硬度试验方法》GB/T 1172；4.《金属材料弯曲试验方法》GB/T 232；5.《金属材料高温拉伸试验方法》GB/T 340-1997；6.《金属材料热处理工艺的表示方法》GB/T 13326。
五、主要内容本标准主要包括以下内容：1. 术语和定义：明确22mnb5的术语和定义。
2. 化学成分：规定了22mnb5的化学成分范围。
3. 力学性能：规定了22mnb5的室温拉伸性能、高温拉伸性能、硬度等力学性能指标及试验方法。
4. 工艺要求：规定了生产过程中的原材料、熔炼、成型、热处理等工艺要求。
5. 质量检验：规定了产品质量检验的程序和方法，以及不合格产品的处理措施。
6. 标识与追溯：规定了产品标识和追溯的方法，以确保产品质量可追溯。
7. 附录：提供了相关的图表和数据，以支持标准的实施。
六、实施效果本标准实施后，对规范22mnb5的生产和使用起到了积极的作用，提高了产品质量和性能。
具体效果如下：1. 提高了22mnb5的可靠性和稳定性，减少了因质量问题导致的安全事故。
22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验
２０℃ ,冲压速度为 ２０mm/s,保 压 １２s,压 边 力 为
２．ห้องสมุดไป่ตู้
０ MPa. 有 限 元 分 析 步 骤 如 下:① 热 成 形 过 程
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中,凹 模 保 持 不 动,压 料 板 对 板 料 施 加 压 边 力,凸
中国机械工程第 ２８ 卷第 １２ 期 ２０１７ 年 ６ 月下半月
２２MnB５ 超高强钢热冲压成形工艺及试验
薛克敏 孙大智 李 萍 巩子天纵
合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥,
２３０００９
摘要:考 虑 材 料 的 热 物 理 性 能 参 数、力 学 性 能 与 温 度 的 关 系,利 用 ABAQUS 软 件 建 立 了 ２２MnB５
质、高强度及高抗碰撞性能等特点 [２],在汽车行业
中越来越受到关 注,已 成 为 满 足 汽 车 减 重 以 及 提
高碰撞性能 和 安 全 性 能 的 重 要 途 径.研 究 表 明,
[
１２] DONG GJ,ZHAO C C,CAO M Y．F
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22MnB5钢热冲压高温防氧化涂层
22MnB5钢热冲压高温防氧化涂层22MnB5钢是一种低合金高强度钢，常用于汽车构件的冲压加工中，如车身侧板、车门内板等。
在冲压加工过程中，由于材料的高强度和硬度，容易导致刀具磨损、表面出现划痕、甚至爆裂等问题。
为了解决这些问题，研究人员开发了一种热冲压高温防氧化涂层。
该涂层是由二氧化钛、氧化铝、氧化钛、碳化硅等多种纳米粉体组成的混合物，通过高温喷涂技术在22MnB5钢表面形成一层均匀、致密的涂层。
这种涂层的防氧化性能优异，可有效防止22MnB5钢表面氧化和腐蚀。
涂层的高硬度和低摩擦系数也能够减少切削刀具与材料表面的摩擦，从而延长刀具寿命。
同时，该涂层具有优异的耐高温性能，能够承受高温热冲压过程中产生的高温和剧烈摩擦。
采用这种热冲压高温防氧化涂层后，不仅能够提高22MnB5钢材料的加工精度和耐用性，还能够降低能源消耗和环境污染。
这种涂层在汽车制造、机械加工、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，涂层技术的改进和创新也会不断涌现。
相信未来的涂层技术将在提高材料性能、降低加工成本和环境污染等方面发挥越来越重要的作用。
随着现代工业生产的快速发展，钢材的冷热加工在各个行业中得到了广泛的应用。
在这些加工过程中，钢材表面的性质受到了很大的影响。
例如，在汽车制造行业中，底盘、车身和发动机等零部件的加工需要使用高温热冲压技术，这使得其表面容易氧化和腐蚀。
因此，涂层技术越来越受到这些行业的关注和追捧。
在涂层技术领域，研究人员们不断探索新材料和新工艺。
其中，纳米材料涂层技术在提高材料性能上具有独特的优势。
纳米涂层是采用粒径小于100纳米的纳米粒子为原料，通过化学合成、机械合成、水热法合成等技术制备成薄膜，然后将其喷涂在材料表面。
具有高硬度、耐腐蚀、防磨损、抗高温等特性，能够显著提高材料的性能。
目前，涂层技术已广泛应用于各个领域，如汽车制造、航空航天、机械加工等，涂层技术给这些领域的发展提供了新的动力。
热成型过程中温度参数对22MnB5超高强钢性能的影响
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1曹景升#汽车车架 Q形连接板热冲压工艺特性研究
热加工工艺 Z#
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超高强钢的组织转变为板条状马氏体试样具
有最佳的抗拉强度
图W!不同初始成型温度下试样的抗拉强度
I!结!论
'研究了热成型过程中的奥氏体化加热
温度 分别为 和
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对 超 !!N6[+ 高强钢淬火后微观组织和拉伸
22MnB5热成形钢锌基镀层的腐蚀性能研究
转变成a — Fe(Zn),故残余Zn(Fe)液在快速 ； 淬火中固化成 一Fe3 Zn】。相。由于a — Fe
摘 要 汽车车身轻量化促进了新钢种的发展，比如对F 22MnB5为代表的热成形钢(PHS)
进行表面镀锌，从而提升阴极腐蚀｛护%鉴于此类钢经直接热压成形(DHPF)处理，因此实现表面 镀锌极具挑战性。具体而言，镀锌过程中液态金属脆化(LME)、窄窗口工艺极大抑制了热成形钢
(PHS)在车身设计中的应用%文章评估了 900 C退火工艺对镀锌热成形钢的电化学性能的影响, 并I定此类镀层是否能够｛护基体%目前的研究成果已详细介绍了为｛止22MnB5出现LME,F 及合理设计工/F提供更好的阴极｛护镀层％
为量化大气腐蚀对退火镀层的影响，本 试验同步开展了大气环境下的质量增益实 验。测试前记录刻痕试样的初始质量 、面积， 并静置于室温空气中16周；测试完成后测定
试验全部热处理过程均在常规管式炉及
2019年第1期
钢铁译文集
37
大气环境中进行。每个试样中心焊接K型 不同时间段的退火。退火结束后，采用压缩
热电偶线记
一
，所有试 空气气冷(冷速75 °C/s)淬火试样至60 Z确
前
精
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热至900 保得到完全板条马氏体化的围观组织结构
Z的均热温度，890 Z温度时开始30〜420 s (如图1所示CCT-TTT)。
Bruker Mo Smart APEX2
22MnB5热浸镀铝钢焊接特性及耐蚀性研究
22MnB5热浸镀铝钢焊接特性及耐蚀性研究钢的表面处理可以提高耐蚀性，增加使用寿命，同时减少原材料的用量，节省资源，具有广泛的工程意义；并且钢板的表面处理会带来一系列的科学问题，具有较高的科学研究价值。
22MnB5钢是适于汽车行业热冲压工艺的超高强度钢。
本文针对22MnB5钢表面处理中的热浸铝镀层影响焊接及耐蚀两个方面的问题展开研究。
采用热浸镀铝工艺制备了优化的22MnB5钢板表面镀铝层，对镀铝钢板焊接特性以及焊缝的耐蚀性能等几个方面展开的研究，通过金相、SEM、EDS、焊缝力学性能等测试手段测试分析铝镀层对钢板焊接特性的影响规律，并对不同浸铝工艺镀层的耐蚀性加以表征。
使用10%的K<sub>2</sub>ZrF<sub>6</sub>和5%的KCl作为助镀剂进行22MnB5的热浸镀。
通过测量涂层厚度和显微硬度得出：720℃，80s时，镀铝层厚度在40μm左右，外观良好，显微硬度较低。
通过腐蚀测试表明，镀铝层提高了22MnB5钢的耐蚀性。
成品镀铝22MnB5钢焊缝热影响区中的软化区为接头的最弱部位。
热输入较低时，随着热输入增大，接头抗拉强度增加。
热输入增加到一定程度，接头抗拉强度下降。
较适宜的焊接热输入在3800J/cm左右，焊缝最高强度为830MPa。
较薄的铁铝合金层的存在不影响22MnB5钢的焊接力学性能，但使所需焊接热输入增大，如无涂层钢抗拉强度最高的焊接参数热输入为3500J/cm。
实验室制备镀铝钢最高强度仅为500MPa，且焊接所需热输入增大；不同浸镀工艺的钢板获得最佳力学性能时对应的热输入在4000J/cm左右。
用电化学测试和全浸泡腐蚀试验分析焊缝处耐蚀性变化，焊接后焊缝处耐蚀性下降，低于无焊缝的镀铝钢和无铝层的钢板。
镀铝钢焊缝耐蚀性优于无铝层钢的焊缝，不同焊接工艺的焊缝耐蚀性有差别。
随着热输入增加，镀铝钢焊缝耐蚀性下降；当进一步增加热输入时，镀铝钢焊缝耐蚀性增加。
22MnB5钢板温成形极限的数值模拟及试验研究
22MnB5钢板温成形极限的数值模拟及试验研究汽车工业的快速发展以及全球能源危机的加剧,对汽车制造业的节能和环保提出了越来越高的要求。
高强钢具有较高的抗拉强度,能够在保证安全性的同时降低车身重量。
然而与普通钢相比,高强钢在室温下成形时塑性较差,成形极限低,容易发生开裂。
采用加热的方法可使高强钢的成形能力得到提高,变形抗力降低。
此外,成形极限又是冲压工艺中一个非常重要的表征成形性能的参数,因此掌握高强钢温成形极限对制定科学合理的冲压成形工艺具有重要意义。
以高强钢22MnB5为研究对象,基于韧性断裂损伤理论,采用试验研究与有限元模拟相结合的方法,对其温成形条件下的成形极限进行研究。
(1)通过单向拉伸试验对高强钢22MnB5的温变形力学行为进行研究,确定板料处于极限状态的边界条件并绘制流变应力曲线,发现温度升高对板料冲压性能有一定程度的改善,试件断口形状为杯锥状,属于典型的韧性断裂。
(2)使用Fortran语言对模拟软件ABAQUS进行二次开发,将四种常用的韧性断裂损伤准则嵌入与试验同等条件下的单向拉伸有限元模型中,计算得到不同温度下四种准则的韧性断裂损伤阈值。
以韧性损伤值控制法作为胀形试验数值模拟的破裂依据,计算得到不同温度下成形极限图。
温度越高损伤阈值越大,成形极限也越大。
(3)设计可加热的胀形试验模具,对高强钢22MnB5进行100℃和200℃时的胀形试验,用以评估韧性断裂模型的可靠性。
结果表明:Cockroft and Latham准则得到的韧性断裂模型除了少数位于双拉应变下真实次应变较小的点外,对其他应变状态预测的准确性不高。
从左侧的拉压应变状态来看,100℃时Brozzo准则、Ayada准则和Rice and Tracey准则预测结果基本趋于一致,虽稍低于试验结果,但吻合度很高;200℃时Brozzo准则和Rice and Tracey准则预测得到的极限与试验基本重合,Ayada准则略低于试验点,相对准确。
22MnB5超高强度钢的焊接性能研究
之后分别使用淬火与未淬火的钢材进行焊接处理，得到焊接接 头。使用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、维氏显微硬度计 和万能试验机等设备进行金相组织观察、显微硬度分析以及拉 伸测试等，观察焊接材料的组织与力学性能，研究 ２２ＭｎＢ５高 强度钢的焊接性能。
表 １可知，焊接接头的断后延伸率较大，抗拉强度较高，断口位 置在 ＢＭ处，且有明显颈缩现象。
表 １ 焊接接头拉伸试验数据
编号
ห้องสมุดไป่ตู้
断后延伸率 δ 抗拉强度 σｂ
断口位置
／％
／ＭＰａ
颈缩
１＃
１５．７
２＃
１５．４
８７８ ８７３
ＢＭ
有
图 ２ 焊接接头各区域显微硬度变化曲线及实物对比图
如图 ２所示，图 ２ｂ是焊接接头的显微硬度值分布曲线，图 ２ａ是其实物试样对比图。图 ２ｂ是以焊缝中心处为起始点，以 距离焊缝中心的距离为横坐标，显微硬度数值为纵坐标，每隔 ０．５ｍｍ测量 １个显微硬度数值所得的未淬火对接接头显微硬 度值变化曲线。如图所示，未淬火焊接接头 ＷＺ区域的显微硬 度值为 ４２５．２ＨＶ，该点也是未淬火钢板焊接接头出各区域显 微硬度值中硬度值最高的点。在该初始点到 ＨＡＺ１之间，显微 硬度值略有下降，但总体保持平稳变化不大。由 ＷＺ到 ＨＡＺ１ 显微硬度值略有上升，ＨＡＺ１的显微硬度值最高可达到 ４１８．９ ＨＶ（距焊缝中心距离 ２．５ｍｍ处）。由 ＨＡＺ１到 ＨＡＺ２，显微硬 度值出现了明显的下滑。焊接接头处的显微硬度值在 ＨＡＺ２ 区域持续下滑，直至 ＢＭ区域其显微硬度值才趋于稳定，并且 在该区域出现了焊接接头处显微硬度值的最低点 １６６．４ＨＶ （距焊缝中心距离 ６．５ｍｍ处）。
22MnB5钢热冲压高温防氧化涂层
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【 ｓｒｃ］２ Ｂ ｓｔｅｍｏｔｃｍ ｏ ｌ ｕｅ ｏ ｓ ｍｐｎ ｔ ｌ ｔｈｍｅａｄ ａｒａ，ｂ ｔｔｈ ｓｓｇ ｔ ｏｒ Ａｂｔ ｔ２ Ｍｎ ５ ｉ ｈ ｓ ｏ ｍ ｎｙ ｓｄ ｈｔ ｔ ｉｇｓ ｅ ａ ｏ ｎ ｂｏｄ ｕ ａ ｌｈｌ ｐｏ ａ ａ ｅ ｉ ｉ ｙ
明， 该涂 层 能 均 匀 地 覆盖 在 基 体 表 面 ， 开 裂 ． 热 性 好 ， 足 了热 冲 压工 艺 的防 氧 化 要求 。 无 导 满
主题 词 ： 高强 度钢 热冲 压 高温 防氧化 涂层 超 中图分类 号 ： ４５１１ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：００ ３０ （０ １ １—０ ８ ０ Ｕ ６． ＋ Ａ １０— ７ ３２ １ ）２ ０４ — ３
．
材料 ． 艺 ． 工 设备 ．
２Ｍｎ ５ 热冲压 高温 防氧化涂层 ★ ２ Ｂ 钢
徐 虹 孟 佳 谷 诤 巍 崔 波
（ 吉林 大 学 ）
【 摘要 】２ ｎ ５ ２Ｍ Ｂ 钢是 目 国内外汽车制造行业最常用的热冲压用钢 ， 的耐腐蚀性能稍差 。 前 但它 针对这一问题制
备 了一 种耐 高温 防氧 化 保 护涂 层 ． ９ ０℃保 温 ５ｍｎ的热 冲 压 工 艺 条 件 下 ， 究 了所 制 备 涂 层 的宏 观 形 貌 、 面 形 在 ５ ｉ 研 表 貌 和 防 氧化 作 用 ． 试 了该 涂 层 的 性 能 ， 通 过 超 高 强 钢 防撞 梁 热 成 型 试 验 验 证 了 涂 层 的 高 温 防 氧 化效 果 结 果 表 测 并
１ 前 言
22MnB5车用高强度钢在不同加热条件下脱碳层厚度晶粒尺寸的变化
22MnB5车用高强度钢在不同加热条件下脱碳层厚度晶粒尺寸的变化吉林大学“大学生创新性实验计划”项目申请书项目名称22MnB5热冲压高强度钢板在不同加热条件下脱碳层厚度、晶粒度的变化及对力学性能的影响项目负责人张兴普学院、年级、专业材料科学与工程学院2022级材料科学与工程专业吉林大学教务处制表填表说明一、《吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书》要按顺序逐项填写。
填写内容要实事求是，讲究诚信，不能有雷同；表达要明确、严谨。
空缺项要填“无”。
要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。
二、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，参与合作研究者4人以内）。
三、申请参加“吉林大学大学生创新性实验计划”项目的个人或团队必须聘请教师作为项目指导教师，并请指导教师在申请书上签名。
四、《吉林大学大学生创新性实验计划项目申请书》由项目负责人所在学院初审，签署意见后报送教务处实习与实验教学科（一式3份原件）。
一、项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力和已参加过的研究等条件）项目背景：在20世纪70年代末石油危机时期改变驱动结构和整车尺寸后，汽车工业界对于汽车轻量化有着日益紧迫的要求。
汽车的轻量化不仅可以减小各种行驶阻力，降低燃油消耗，而且也有利于改善汽车的转向、加速、制动和排放等多方面的性能。
由下图一可见，使用高强度钢是汽车轻量化的重要途径。
使用高强钢可以通过减小壁厚来减轻零件重量,实现车体轻量化,同时其超高的强度又能提高车辆碰撞安全性,满足轻量化和提高安全性的要求,降低油耗减少排放，符合当今环保，可持续发展的发展主题，因此高强度钢板超高强度钢板在汽车领域的应用越来越广泛。
下图1为丰田汽车1975～2000年，汽车整车的单位投影面积上车身质量的变化情况（包括整车高强度钢板使用量比例变化情况）。
然而，众所周知，超高强度钢在室温下变形能力很差。
一方面，超高强度钢板强度高，在室温下塑性变形范围很窄，所需的冲压力大，而且容易开裂；另一方面，冲压成形后零件的回弹增加，导致零件尺寸和形状稳定性变差。
22MnB5钢板热冲压工艺数值模拟及试验
22MnB5超高强钢板热成形中的回弹机理分析
图 2 不同温度下的应力 应 变曲线 Fig 2 Stress strain curvat ur e at var ious temper atures
在同一温度 650 以 及不 同 应变 速率 ( 1,
0 1, 0 01) 下的 应力 应变 关系如图 3 所示。从
图 3 可以看 出, 变形速 率对 弹性 模量 和弹性 变
超高强钢板热成形包括两个过程: 超高强钢 板的热成形和制件的淬火。采用热成形技术可大 幅提高制件的抗拉强度[ 6] 。板材热成形技术是一 种新的成形方法, R . N eug ebauer 等[ 7] 对板材热成 形所需解决的关键问题进行了概括, 指出了热成 形技术所面临的挑战, 同时也指出如何确定合适
ties o f 22M nB5 sheet metal. T he effects o f defor matio n temperatur e and st rain rat e o n elastic st rain and creep
st rain are ex amined thro ug h hot tensile tests. T he influences on spr ing back of deformat ion temper atur e and
from the ex perimental r esults and numerical results that the heat effect resulting fr om different co oling rates is
the main facto r affecting the spring back, w hile creep str ain r educes the elastic r eversion, thus reducing the spr i
22MnB5论文：22MnB5 热成形 加热保温时间 冷却速率 梯度硬度
【关键词】22MnB5 热成形加热保温时间冷却速率梯度硬度【英文关键词】22MnB5 Hot forming Heat preservation time cooling rate Gradient hardness22MnB5论文：车用高强度钢板热成形工艺参数实验研究【中文摘要】高强度钢板热成形技术是将金属热处理工艺技术和金属塑性成形理论相结合而发展起来的一项全新的成形技术。
由于高强度钢板在汽车产业中的广泛应用，以及国外技术的垄断，因此，有关高强度钢板热成形技术的研究受到国家的大力支持与鼓励，同时受到学术界高度重视。
高强度钢板热成形技术具有广阔的市场需求和强大的生命力。
当今汽车产业向着绿色、环保、安全、高性能化发展，其中汽车轻量化是实现节能环保的重要途径之一。
高强度钢板在汽车上的应用是实现汽车轻量化和节能减排的同时，又能提高汽车碰撞安全性。
温度和冷却速率是影响高强度钢板热成形的重要因素，本文以22MnB5为研究对象，以不同的冷却速率对22MnB5组织和机械性能的影响为主题，研究了不同保温时间对22MnB5机械性能的影响，确定了22MnB5最佳的加热保温时间，对淬火后材料厚度方向上硬度实验发现材料在厚度方向上硬度呈现中间硬两边软的近似对称分布的金属复合结构，这种材料具有很好的吸能能力。
在此基础上，对22MnB5板料在不同的冷却速率下进行淬火，通过拉伸实验、V形弯曲实验以及硬度和微观分析最终确定了厚度为2.0mm的板料在模具中最佳的冷却速率范围，得到了硬度和抗拉强度之间的关系。
高强度钢板的抗拉强度以及屈服强度很高，但是其韧性很差，如何改善其韧性是其面临的又一重要课题，本文在以上实验的基础上对22MnB5不同区域实施不同的淬火方式，并对不同冷却速率的交界处即过渡区域，进行了力学实验以及硬度实验，发现这部分区域的硬度呈现梯度增加的趋势，即存在硬度梯度，发现这部分材料抗拉强度提高的同时韧性也保持较高的水平。
热冲压用钢22MnB5回火组织与性能分析
(１. Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｔａｎｇｓｈａｎꎬ Ｈｅｂｅｉꎬ ０６３００９ꎻ ２. Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＨＢＩＳ Ｇｒｏｕｐ Ｔａｎｇｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ꎬ Ｔａｎｇｓｈａｎꎬ Ｈｅｂｅｉ ꎬ ０６３０１６) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ. Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｗｅｉｇｈｔ. Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒꎬ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ２２ＭｎＢ５ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｔａｎｇｓｔｅｅｌ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ２２ＭｎＢ５ ａｆｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔꎬ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｂｒｉｔｔｌｅ ｆａｉｌｕｒｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅ￣ ｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ. Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ: ｈｏｔ ｓｔａｍｐｉｎｇ ｓｔｅｅｌꎻ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇꎻ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
22MnB5硼钢板热冲压成形组织及力学性能研究
22MnB5硼钢板热冲压成形组织及力学性能研究祝哮;王忠堂;林涛;卢金;史丽坤【摘要】对22MnB5硼钢板热冲压成形工艺进行实验研究,制定22MnB5硼钢板奥氏体化工艺制度,分析奥氏体化时间和保压时间对22MnB5硼钢板成形性能及力学性能的影响规律.结果表明,22MnB5硼钢板的奥氏体化时间为5min,保压时间为60s时,热冲压效果较好,冲压件的抗拉强度在1550 MPa,强塑积在15.6 GPa·％,加工件的金相组织为马氏体.22MnB5硼钢板合适的热冲压成形工艺制度为奥氏体化温度950℃,奥氏体化时间为5min,保压时间为60s.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2015(034)006【总页数】5页(P15-19)【关键词】22MnB5硼钢板;热冲压;奥氏体化【作者】祝哮;王忠堂;林涛;卢金;史丽坤【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳110043【正文语种】中文【中图分类】TG142随着汽车行业的飞速发展，环保、低碳的理念走入汽车制造业，汽车轻量化已经成为汽车未来的发展趋势。
而实现汽车轻量化的有效途径之一是超高强钢在汽车结构件上更多的应用[1]。
目前,汽车用高强度钢板的应用日益广泛,并已成为汽车减重，提高碰撞性能和安全性能的重要途径[2]。
自重每减轻 10%，能降低油耗 3%～8%[3]，当使用屈服强度超过1000MPa的高强度钢板，减重率可达 40%以上。
可见，在汽车车身制造中使用高强度钢可满足现代汽车对材料高强度、轻量化的要求[4]。
采用热冲压工艺的原因在于高强度钢在室温下难以成形，且易出现开裂、起皱等缺陷，成形件回弹量大，尺寸精度难以保证。
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关键 词 ： 超高强钢 ； ２ ２ Ｍｎ Ｂ ５ ； 硬度 ； 强度 ； 热 冲压
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总第２ ５ ５ 期
２ ７年 第 ３期
一 究一 验一 试一 研一
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河 北 冶全
Ｈ ＥＢＥＩ Ｍ ＥＴＡＬＬＵ ｔ ｋＧ Ｙ
Ｔｏ ｔ ａ ｌ ＮＯ ． ２ ５ ５ ２ ０ １ ７． Ｎｕ ｍｂ ｅ ｒ ３
热 冲压 用 超 高 强钢 ２ ２ Ｍｎ Ｂ ５性 ／ 月 ． ￣ ｌ 匕 ａ 测 试 与 分 析
Ｋｅ ｙ Ｗ ｏｒ ｄ ｓ：ｕｌ ｔ ｒ ａ —ｈｉ ｇ ｈ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇｔ ｈ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ；２ ２Ｍ ｎ Ｂ５；ｈａ ｒ ｄｎ ｅ ｓ ｓ ；ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇｔ ｈ；ｈｏ ｔ ｓ ｔ ａ ｍ ｐｉ ｎ ｇ
０
引 言
一
。
成形 性能 稳定 、 强度 高 达 １ ５ ０ ０ ＭＰ ａ的 热 成
随着 汽车工 业 的 飞 速 发展 ， 汽 车轻 量 化 及 安 全 性 正逐 渐 成为 业 内关 注 的焦 点 。研 究 表 明 ， 将 超 高
形超 高强 钢 ２ ２ Ｍｎ Ｂ ５成 为各大 钢厂 重点开 发 的新 产 品 。本 文 以邯钢 新 开发 的超高 强钢 ２ ２ Ｍｎ Ｂ ５为研究 对象 ， 对 比 了邯 钢 及 国外某 知 名 钢 厂 材料 的各 项 力 学性 能 ， 最 后进 行 了热 冲压实 验 。
ｓ ｔ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ｈａ ｎ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｉ ｆ ｉ ｔ ｍｅ ｅ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈｏ ｔ ｓ ｔ ａ ｍ ｐｉ ｎ ｇ，ｔ ｈｅ ２ ２Ｍ ｎＢ５ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｒ ｏｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂｙ ｓ ｏ ｍｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｇ ｎ ｋｎ ｏｗｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎｙ ｉ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｄｕ ｃ ｔ ａ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ｓ ｈｏ ｗｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｉ ｎ ｄｅ ｘ ｅ ｓ ｏｆ ｏ ｕ ｒ ｐ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｐ ｐｒ ｏａ ｃ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｃ ｅ ｄ ｅ ｄ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｐｒ ｏｄ ｕ ｃｔ ． Ｔｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｕ ｐ ｐｏ ｒ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｐｒ ｏ ｍ ｏｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｔ ．
Ｐ ＥＲＦＯＲＭ ＡＮＣＥ ＴＥＳ ＴＩ ＮＧ ＡＮＤ ＡＮＡＬＹＳ Ｉ Ｓ ＯＦ ＵＬＴＲＡ — ＨＩ ＧＨ
Ｓ ＴＲＥＮＧＴＨ Ｓ ＴＥＥＬ ２ ２ Ｍｎ Ｂ５ ＦＯＲ ＨＯＴ Ｓ ＴＡＭ ＰＩ ＮＧ
Ｃａ ｏ Ｚ ｈ ｉ ｂ ｏ，Ｊ ｉ ａ Ｇｅ ｎ ｇ ｗｅ ｉ ，Ｗａ ｎ ｇ Ｌ ｉ ａ ｎ ｘ ｕ ａ ｎ，Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｌ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｕ，Ｓ ｕ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｕ ｎ
操志博， 贾耿伟 ， 王 连轩 ， 张龙 柱 ， 苏振 军
（ 河钢集团邯钢公司 ， 河北 邯郸 ０ ５ ６ ０ １ ５ ） 摘要 ： 为 测 试 邯 钢 新 开 发 的热 冲压 用 超 高强 钢 ２ ２ Ｍｎ Ｂ ５的力 学 性 能 并 验 证 其 是否 满 足 热 冲 压 使 用 需 求 ， 选 取 了 国外 某 知名 钢 厂 热 冲 压 用 超 高 强 钢 ２ ２ Ｍｎ Ｂ ５进 行 了对 比 实 验 。实 验 结 果 证 明 ， 邯 钢 产 品 的 性 能
（ Ｈｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ Ｈａ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ，Ｈａ ｎ ｄ ａ ｎ，Ｈｅ ｂ ｅ ｉ ，０ ５ ６ ０ １ ５）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｎ ｅ ｗｌ ｙ—ｄ ｅｖ ｅ ｌ ｏ ｐｅ ｄ ｕｌ ｔ ｒ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇｔ ｈ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ２ ２Ｍ ｎＢ５ ｆ ｏ ｒ ｈ ｏｔ
１ 实 验 目 的
强 钢应 用 于汽 车零件 上 ， 不 仅 可 以降低 汽车 的质 量 ，
达 到轻 量化 的 目的 ， 而 且还 可 以 明显 提 高 汽 车 的安 全性 和舒适 性 ¨ 。超 高强钢 具 有高屈 服 强度 和相 对 较 低 的塑性 ， 传统 的冷 冲压 工 艺无法 解决 难 成形 、 易 破 裂 和 回弹大 的 问题 ， 导致 零 件 尺 寸 及 形状 稳 定 性 变差。 热 冲压 工 艺是 解 决 这一 问题 最 有 效 的工 艺 之
中图分类号 ： Ｔ Ｇ１ ４ ２ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ６—５ ０ ０ ８（ ２ ０１ ７） ０ ３—０ ０ ０ ９—０ ６
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ３ ６ ３ ０ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ３ —１ １ ７ ２ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ０ ２