烘烤硬化钢(H220BD)的时效性

烘烤硬化钢（低碳型H220BD）的时效性
The Aging Character of Bake Hardening Steel (H220BD of ULC)
摘要brief
标准规定，烘烤硬化钢的力学性能值适用时间为3个月。

那么在3个月内和3个月以外，力学性能值的变化规律是什么？在目前所能见到的文献上查不到答案。

通过实测，烘烤硬化钢在3个月内已经发生时效，如果不适当提高初始性能值的话，无法保证全部力学性能都在3个月内适用。

引言foreword
烘烤硬化钢是对时效比较敏感的钢种，在成型之前，人们不希望其有时效反应;在成型后，人们希望通过烤漆过程提高材料的屈服强度，从而获得加工性能和使用性能完美结合。

但是自然规律是不以人的愿望而转移的，随着时间的推移，时效总是要发生的，问题的关键是发生这个变化程度和规律是什么。

为了规范供需双方验收和使用，相关标准规定烘烤硬化钢力学性能适用期为3个月，那么在3个月内是否力学性能变化不大？如果不能及时使用，3 个月以后会有何种影响？影响相关性能变化的主要因素是什么？为了回答这个问题，本文设计了5组对应实验，在自然条件下时效不同时段，试图揭示其变化规律。

1. 实验材料与方法experiment that materials and methods
分别作了5组对比试验：A组，储存3个月。

B组，储存6个月。

C组，储存9个月。

D组，储存12个月。

E组，储存17.5个月。

各组试样代号如下表所示：
各组材料化学成分构成如下表chemistry components
2. 时效前后力学性能实测结果measurement results of the mechanical capability
抗拉强度Rm 测试结果tensile strength (Rm)
屈服强度Rp02 测试结果yield strength (Rp02)
延伸率A80测试结果elongation (A80)
strain hardening index
n 值测试结果
烘烤硬化值dBH2测试结果bake hardening value (dBH2)
初始值较低的，库存3个月后烘烤硬化值增加了，而初始值较高者（A1 and A2）库存3个月后烘烤硬化值却下降了。

加工硬化值dBH0测试结果work hardening values (dBH0)
屈服平台延伸R 测试结果classification yield point extension
3. 讨论discussion
烘烤硬化的微观机理是薄钢板经过成形预变形后,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,从而使得钢板再次受载变形时屈服强度得到提高。

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BH 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BH值通常约为40MPa
n值的变化比较compare n values
n值是对时效比较敏感的，贮存3个月后已经明显发生时效，而且基本稳定下来。

初始值的高低决定了时效后n 值的高低。

从以下几个图表中可以看出来，其脉动规律是一致的。

It is a hypersensitive for n value of aging, there are distinct change when store it for 3 months and then since that decrease n value of every test group not distinct change. Higher or lower n value of fresh one that choose for final n value whether higher or lower.
烘烤硬化值dBH2的变化比较compare dBH2
烘烤硬化值在储存一年内与原始值比较变化不大，自然时效6个月时达到最大，然后逐渐衰减，一年后甚至出现负增长。

Bake hardening value of storage different time in 1 year, there were not bigger increase and change, but more than 1 year, there were more change with minus value.
初始加工硬化值dBH0 和时效后dBH0 比较compare dBH0
加工硬化值随着时效时间的增加而增加，但是超过一年以后加工硬化值反而出现负增加。

Work hardening value was more and more higher in 1 year, but more than 1 year, there were change with minus value.
屈服强度的变化比较compare yield strength
时效初始（3个月时）屈服强度增加的较少，在6个月到一年内增加值较稳定。

超过一年，或许是进入另外一个温度变化周期，屈服强度变化陡增。

抗拉强度变化比较compare tensile strength
自然时效3个月时抗拉强度已经明显发生，此后随着时间增加，抗拉强度变化值不再明显增加。

时效前后延伸率变化比较compare elongation
自然时效3个月后延伸率已经明显发生降低，此后随着时间增加，延伸率降低不再明显增加。

为了满足标准规定的A80≥32%，延伸率的初始值不应小于35%。

屈服点延伸长度变化比较compare yield point extension
自然失效不同时间后，屈服点延伸变化特征如下图：在时效3个月内，屈服点延伸没有明显变化；超过3个月后时效特征逐渐显现出来，在一年内增加相对值变化不大。

超过一年后突然放大。

似乎跟季节有规律的温度变化有关。

但是，初始值偏高的话，时效后的值也按比例增加。

如果初始值R>2，时效超过9个月，按照相关经验，作为外板使用的话，或许就会影响钢板的表面质量。

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化学成分和工艺参数的影响
试验组A 有相对于其它组最高的含碳量，但是其烘烤硬化值却不是最高。

对应其初始性能，最高的屈服强度、抗拉强度和延伸率；实验组D有最低的含碳量，但是其烘烤硬化值却不是最低；这说明钢材的时效性受到工艺过程的影响较大。

此类问题另文讨论。

4. 结论conclusion
1. 库存3 个月时，抗拉强度增加了
2.5%；库存6 个月到12 个月增加了5.5%；库存17.5 个月，增加了5.9%；季节温度变化影响不明显
2. 库存3 个月时，屈服强度增加很小，约1.5%左右；库存6 个月到12 个月增加了4%左右；库存到17.5 个月，增加了7.8%；高温季节对屈服强度影响较大。

3. 从库存3 个月开始，延伸率降低了10%；其后各期均在10%左右。

E 组是合金化钢板，由于初始值低，损失值约为8%。

4. 在库存3 个月时，n 值时效即已经达到稳定的峰值，降低了17%左右，以后各时段库存没有明显增加。

为了确保交货性能的适用期，产品初期值要比有效期内确保值高出20%。

5. 烘烤硬化值和加工硬化值的变化规律差别不大，只是加工硬化变化更明显一些。

在库存一年内，烘烤硬化值略有增加约6%以内，加工硬化值增加约在60%以内。

但是库存超过一年后，二者都将低于初始值。

6. 屈服点延伸R 值的变化，与初始状态有关。

如果屈服点延伸长度不大于2 级，库存在一年内没有明显影响。