汽车板用钢的合金化及组织特点

汽车板用钢的合金化及组织特点

李新乐张晗王晓龙吴瑶瑶

内蒙古科技大学包头市014010

摘要：本文以用汽车板用钢，主要是汽车用高强度IF钢为研究对象，高强度IF钢是一种在IF钢中添加P、Si、Mn等固溶强化元素后获得的高强度汽车钢板品种，属于具备深冲性能的高强钢。

关键词：汽车板用钢；高强度IF钢；退火工艺；组织；性能

1.汽车用高强钢钢的分类、性能特点及典型应用

1.1双相钢（DP钢）

DP钢是低碳钢或低合金钢经临界区热处理或经控制轧制而得到的高强度钢，其组织有铁素体基体和约20%在铁素体晶界上的岛状马氏体构成，也称马氏体双相钢。双相钢系列高强钢是目前结构类零件的首选钢种，因其具有无屈服延伸、无室温时效、低屈强比、高加工硬化指数和高烘烤硬化值等特点，所以被大量应用于结构件、加强件和防撞件。如，车底十字构件、轨、防撞杆、防撞杆加强结构件等。

1.2复相钢（CP钢）

复相钢具有晶粒细小，抗拉强度较高等特点，与同级别抗拉强度的双相钢相比，其屈服强度明显要高很多。具有良好的弯曲性能、高扩孔性能、高能量吸收能力和优良的翻边成形性能。被广泛应用于底盘悬挂件，B柱，保险杠，座椅滑轨等。

1.3相变诱导塑性钢（TRIP钢）

TRIP钢，即相变诱导塑性钢，是通过相变诱导塑性效应而使钢板中残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体形核，引入相变强化和塑性增长机制，提高钢板的强度和韧性。TRIP钢与其他同级别的高强度钢相比，最大特点是兼具高强度和高延伸性能，可冲制较复杂的零件；还具有高碰撞吸收性能，一旦遭遇碰撞，会通过自身形变来吸收能量，而不向外传递。常用作汽车的保险杠、汽车底盘等防撞部位。

1.4马氏体钢（MS钢）

马氏体钢的显微组织几乎全部为马氏体组织。马氏体钢具有屈强比高，抗拉强度高，高碰撞吸收能、高强度塑性积等特点，但是马氏体钢的延伸率相对较低，使用时需要注意延迟开裂的倾向。通常只能用滚压成形生产或冲压形状简单的零件，主要用于成形要求不高的车门防撞杆、保险杠、门槛加强板和侧门内的防撞杆等零件以代替管状零件，降低制造成本。

1.5淬火延性钢（QP钢）

其室温组织是贫碳的板条马氏体和富碳的残留奥氏体，马氏体组织保证了钢的强度，残留奥氏体由于在变形过程中发生了相变诱发塑性，而提高了钢的塑性，因此比同级别超高强钢拥有更高的塑性和成形性能。所以它适用于形状较为复杂的汽车安全件和结构件，如A、B柱加强件等。

1.6孪晶诱发塑性钢（TWIP钢）

孪晶诱发塑性钢为高C、高Mn、高Al成分的全奥氏体钢。通过孪晶诱发的动态细化作用，能实现极高的加工硬化能力。孪晶诱发塑性钢具有超高强度和超高塑性的综合性能的结合，适合做对拉延和胀形性能要求很高的零件，例如复杂形状的汽车安全件和结构件。

1.7硼钢（PH钢或B钢）

硼钢，是以硼为主要合金化元素的钢，能改善钢的某些性能。这类钢渗碳性能较好，渗碳层不会形成大量残余奥氏体因而可得到高硬度、高耐磨性和良好抗疲劳性能，而且缺口敏感性较小。成形性好、尺寸精度高的硼钢被广泛应用于安全结构件，如：前、后保险杠、A柱、B柱、中通道等。

2.汽车板用钢成分设计及合金化

2.1IF钢成分要求

间隙原子C、N对IF钢的r值与时效特性有着十分重要的影响。固溶的C、N原子使r值急剧降低。此外，C、N含量高还将会明显增大IF钢的时效硬化倾向。Nb、Ti等元素可以将C、N间隙原子从基体中清除出来，从而获得较纯净的铁素体钢，并且保证了IF钢的非时效性。因此IF钢必须具有超低碳氮、铌钛微合金化等特点[1]。

2.2IF钢成分的确定

1）C：一般IF钢要C含量小于0.003%。作为间隙原子对钢的深冲性能有严重不利影响，必须尽量清除，对于钢中残余的C，采用加Nb、Ti或复合添加形成C、N化合物的方式加以固定清除[2]。

2）N：一般IF钢要求N含量小于0.003%，N与C不良影响类似，除此之外N和脱氧残余下来的Al生成AlN化合物，从而全部固定住N。

3）O、S：在一定程度上对有益于C元素的析出，从而改善钢的深冲性能。但是S过高则对钢性能不利，所以应该严格控制要求其含量。

4）P、Mn、Si：Si具有两个作用：一是钢的强度得到提高，但降低了钢的延性，即对钢的深冲性能有害；二是影响钢的镀锌性能。所以应该尽可能降低钢中的Si含量。S过高则对钢性能不利，所以应该严格控制要求其含量。P对IF钢的低温塑性和延性有较大影响，一般IF钢中P含量越低越好[3]。

5）Al：Nb对固定C有明显的作用，而对于固定N效果不好，因此添加适量的Al对固氮有明显作用。

6）Ti、V、Nb：Ti、V、Nb等与C、N有较强的亲和力，与C、N结合形成C、N化物，产生细晶强化效果。

7）Ce：稀土的添加不仅可以通过细化晶粒提高强度，也可以通过少量的固溶稀土消除或减轻P的偏析，解决IF钢的二次加工脆性问题。

8）夹杂物：对钢的表面质量和深冲性能有害，应严格控制钢中夹杂物含量和尺寸，使其尽可能少、小。

IF钢化学成分

3加工工艺对IF钢的影响

3.1.不同退火温度下IF钢的组织

IF钢板以相同的加热速度分别加热，随着退火温度的升高，IF钢的晶粒尺寸有逐步粗化的趋势，且铁素体的形状和含量在发生不同程度的变化。退火温度较低时，IF钢的显微组织主要由等轴铁素体、多边形铁素体和块状铁素体组成，其形状和尺寸都存在一定的差异。退火温度升高时，等轴状铁素体组织减少而多边形铁素体组织增加[4]。

3.2退火加热速度对组织和性能的影响

由于加热速度不同，IF钢种的晶粒尺寸与形状都存在较大差异。当加热速度较低，IF钢种主要以等轴块形的铁素体晶粒为主；当加热速度升高，等轴晶粒含量减少而不规则形状的铁素体晶粒增加，同时IF钢的平均晶粒尺寸减小；当加热速度再次增加时，晶粒组织中主要以不规则的铁素体晶粒为主[5]。

3.3不同退火温度下IF钢的力学性能

随着退火温度的升高，IF钢的抗拉强度逐渐降低，断后伸长率和屈强度逐渐升高。综合退火温度对IF钢抗拉强度、伸长率与屈强比等指标的影响规律，IF钢的最佳退火温度应840~860℃。

3.4不同退火时间下IF钢的组织

IF钢中主要由等轴铁素体、块状铁素体和多边形铁素体组成，但是在不同退火时间下各自的含量存在差异。退火时间为较短时，等轴铁素体和块状铁素体较多，等轴铁素体较少且不均匀分布。退火时间延长后，多边形铁素体数量增多而块状铁素体组织减少。退火时间为进一步延长时，主要以多边形铁素体和等轴铁素体为主。

3.5不同退火时间下IF钢的力学性能

随着退火时间的延长，IF钢的抗拉强度与屈服强度均先增加后降低，而屈强比逐渐升高。随着退火时间的延长，塑性应变比r值增加。

4结论

（1）随着退火温度的升高，IF钢的晶粒尺寸有逐步粗化的趋势，且铁素体的形状和含量在发生不同程度的变化，IF钢的抗拉强度逐渐降低，断后伸长率和屈强比逐渐升高。

（2）在不同时间下退火，IF钢中主要由等轴铁素体、块状铁素体和多边形铁素体组成，但是各自的含量存在差异。

（4）随退火温度的升高，IF钢中铁素体不断细化，含量降低，铁素体基体上分布的渗碳体逐渐球化。

参考文献：

[1]罗磊.退火工艺对高强IF钢组织织构和性能的影响[D].西华大学，2015

[2]杨昌桥.稀土Ce对IF钢组织和性能的影响[D].内蒙古科技大学，2014.

[3]蒋光炜.汽车用含磷高强IF钢加工工艺与组织性能关系研究[D].东北大学，2015.

[4]宋丹丹，杨涛.退火工艺对高强IF钢组织与性能的影响[J].铸造技术，2015，36（01）：108-110.

[5]肖冬玲，常书战.汽车用高强IF钢的组织与性能研究[J].热加工艺，2014，43（18）：208-210+214.