高强度汽车板的烘烤硬化特性

作者简介:江海涛(1976-),男,江西都昌人,博士后,主要从事高性能新型汽车板的开发与研究.

高强度汽车板的烘烤硬化特性

江海涛1,康永林1,王全礼2,熊爱明2

(1.北京科技大学材料学院,北京100083;2.首都钢铁集团公司技术研究院,北京100041)

摘　要:综述了烘烤硬化钢板(B H )、双相钢板(DP )和相变诱发塑性钢板(TRIP )烘烤硬化特性研究的最新进展,并展望了今后几年我国高强度汽车板的烘烤硬化特性研究工作。关键词:烘烤硬化特性;B H 钢板;DP 钢板;TRIP 钢板

中图分类号:T G 142.1 文献标识码:A 文章编号:100121447(2006)0120054204

B ake H ardenability of High Strength Automobile Sheet

J IAN G Hai 2tao 1,KAN G Y ong 2lin 1,WAN G Quan 2li 2,XION G Ai 2ming 2

(1.School of Materials ,University of Science and T echnology Beijing ,Beijing 100083,China ;

2.The Institute of T echnology Research ,Shougang G roup ,Beijing 100041,China )

Abstract :The latest research development of bake hardenability of automobile sheet ,including

bake hardening steel (BH ),dual phase steel (DP )and transformation induced plasticity steel (TRIP ),is reviewed in this paper.The future research work in coming years is also discussed.K ey w ords :bake hardenability ;BH steel ;DP steel ;TRIP steel

减轻汽车自重是降低油耗的主要措施之一。轿车车身的钢板消耗量约占整车钢材消耗量的75%,

因此,采用高强度钢板(HSS )、减薄厚度以减轻汽车自重是降低油耗的主要措施。20世纪90年代起,全球钢铁厂家开展了一系列减轻汽车自重的研究,包括ULSAB (超轻车身研究)、ULSAC (超轻覆盖件研究)和ULSAS (超轻悬挂件研究)等等。接着1999年又启动了ULSAB 2A VC (超轻钢车体研究)项目,以及谋求减轻车门等壳体部分和行走部分重量。UL 2SAB 2A VC 的目标是到2005年左右在满足安全性要

求的基础上,减轻车体重量达25%左右。在新一代轿车的用材中BH 钢约为10%,DP 钢约为74%,TRIP 钢约为4%[1～3]。因此,可以通过发展高强度

钢板,逐渐提高高强度钢板的使用比率,从而实现确保安全性的前提下车身重量的降低。

不同品种的高强度钢板因其固有的特性不同,用途也不同。如烘烤硬化钢板具有冲压成形前较软、形状稳定性好和烘烤后抗凹痕性能较高的特点,特别适合于冲制汽车的外覆盖件。双相钢板和相变诱发塑性钢板具有高的强度、高的碰撞吸收能和高

的抗疲劳性能等特点,适合于冲制结构件和安全件等[4]。在IF 2HSS 、BH 、IS 、HSLA 、DP 和TRIP 等高强度钢板中,BH 、DP 和TRIP 钢板都具有较高的烘烤硬化特性,因此,下面就近年来汽车使用较多的BH 、DP 和TRIP 钢板的烘烤硬化特性予以分析介

绍。

1　B H 钢板的烘烤硬化特性

BH 钢板是为了克服高强度钢板屈服应力高、

冲压成形性差的缺点而开发的一种汽车用钢板。传统高强度钢板屈服应力高、强度好,对覆盖件的局部凹痕抗力有利,但其冲压成形性能差,特别是起皱、回弹等缺陷比较显著,而BH 钢板在交货状态下有较低的屈服应力,在成形后经过烘烤高温时效处理,屈服强度会得到很大程度的提高,这刚好与车身生产工艺及使用性能要求一致[5]。从图1中可以看出,BH 钢板明显比传统钢板具有更高的抗凹陷性能[6]。近年来,国内外试制和生产出了许多品种和规格的BH 钢板,成熟掌握了BH 钢板生产的工艺控制技术,一些BH 钢板的力学性能和烘烤硬化性

・45・ 2006年　2月 第34卷第1期钢铁研究

Research on Iron &Steel Feb.2006Vol.34　No.1

能如表1所示[7,8]。

BH 钢板经过热轧、冷轧、退火平整后,基体内位

错密度很低,给其施加一定的预变形后,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BH 钢板再次加工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 [9]。

表1　国内外烘烤硬化钢板的力学性能与烘烤硬化性能

钢　厂钢　号

σs /

(N ・mm -2)

R m /

(N ・mm -2)

σs /R m

A/%r n BH/MPa 宝　钢B 140H 11953010.64847.81.900.1858.0宝　钢B 180H 12413520.68542.01.840.2056.0宝　钢BH 3402133480.61238.51.750.2242.8武　钢WHB 3402193540.61942.01.610.2339.5鞍　钢A 220BH 2253700.60838.01.310.2340.6德国钢厂ZSTE

180BH 2103200.65640.01.600.2248.0德国钢厂ZSTE 220BH 2403600.66737.01.500.1845.0德国钢厂

ZSTE 260BH

270

360

0.750

38.0

1.30

0.18

54.0

图1　BH 钢板与传统钢板烘烤前后抗凹陷

性能的变化曲线

近年来,研究者对BH 钢板的烘烤硬化机理、烘烤条件以及生产工艺进行了大量研究。最近,日本又开发了一种新型烘烤硬化钢板———应变时效高强度热轧钢板(BHT 板)[10～13]。BHT 钢板在成型时强度低,加工性能优良,涂漆烘烤后,不仅屈服强度增加,抗拉强度也明显增加,而且具有优良的耐常温时效性,这可使汽车重量减少约10%,而以前的BH 钢板涂漆烘烤后只是屈服强度增高。研究结果表明,440MPa 级的BHT 钢板与原普通440MPa 级的BH 钢板的力学性能基本相同,而BH 和BHT 值明显提高(BHT 钢板的BH 值为95MPa ,BHT 值为57MPa ;普通BH 板的BH 值为14MPa ,BHT 值为9

MPa )。因此,新型BHT 钢板具有高抗冲击性,可以

制造汽车抗冲击部件,提高汽车安全性。

2　DP 钢板的烘烤硬化特性

DP 钢板具有独特的综合力学性能,加工硬化率

高,屈服点低,均匀伸长率和总伸长率高,是未来汽

车工业用钢的热点。DP 钢板和BH 钢板一样,也具有烘烤硬化特性,但以往通常不作为必要的力学性能指标要求。近年来,汽车制造业对双相钢的烘烤硬化性也提出了明确的要求,如通用汽车公司在材料标准中就明确要求冷轧双相钢的烘烤硬化性不小于30MPa [14]。国内外一些DP 钢板的力学性能和烘烤硬化性能如表2所示[15～16]。

深入研究DP 钢板的烘烤硬化性与生产工艺的关系及其控制方法非常重要。Manabu [6]指出,DP 钢板随着固溶w (C )的升高,BH 值急剧增加,当固溶

w (C )超过20×10-6

时,BH 值超过80MPa ,如图2所示。K onieczny [15]对预应变后的DP 590和DP 780的烘烤硬化性用常规涂装烘烤条件进行了评估。研究结果表明,DP 590烘烤硬化后强度增加40MPa ,而且它不取决于预应变的程度,因此就使用而言,显然DP 钢板的烘烤硬化特性对应变烘烤零件的强度有很大的作用。DP 780在未变形时BH 值显著增加,增加值高达56MPa 。朱晓东等[14]研究了过时效和

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55・第1期

江海涛,等:高强度汽车板的烘烤硬化特性