420MPa级热轧汽车大梁钢成形性能研究.docVIP

热轧汽车大梁钢T420L成形性能研究及开发应用 乔治明 刘丽萍 王晓华 贾慧淑 （唐山钢铁股份有限公司技术中心） 摘 要 本文重点介绍了以扩孔率检测为手段，研究420MPa级热轧汽车大梁钢的成形性能，通过分析影响扩孔率的关键因素，优化生产工艺，缩小产品性能波动区间，提高扩孔率使产品的性能优良率得到提高；通过对用户具体产品的实际应变值的测定与成形极限图的拟合分析，论证了该钢种在冲压成形过程中有足够的安全裕度，能够满足用户的实际使用需要；通过建立适合唐钢1700生产线的420MPa级热轧汽车大梁钢的力学性能预报数学模型，在该钢种的生产工艺调整及相关产品的研发及性能预报中发挥了重要作用。 热轧汽车大梁钢；420MPa级；扩孔率；成形极限图（FLD）；热轧汽车大梁钢在国标中按抗拉强度级别分为370L、420L、440L、510L等品种，但归纳起来，国内主要有两个强度等级的产品应用最为广泛，即420L和510L产品厚度一般为3～10mm。其中420L主要用于制造汽车横梁和车身各种支撑件，由于种类多，成形复杂，要求材料具有较好的冷成形性能，如良好的扩孔、翻边性能等，这决定了该产品具有屈服强度低、抗拉强度适中、延伸率高扩孔率高的特点。 因此，对热轧汽车大梁钢进行成形性能研究有着重要意义。 板材的成形性能与材料的成分、金相组织形态，抗拉强度、屈服强度、延伸率、板材横纵向性能的均匀性等诸多因素有关，而这些因素与生产工艺，如冶炼、轧制、冷却工艺等密不可分，因此，成形性能的研究与应用，必须将实验室研究工作与现场生产工艺紧密结合。 扩孔性能的测定结果可用于评价板材的剪边延性或翻边操作中的成形性，是钢板成形性能的重要衡量指标之一[]。 扩孔试验依照GB/T1525.4-2008，采用BCS-50A通用板材成形试验机，试样尺寸130mm×130mm，预制圆孔直径?10mm，压边力20KN，凸模速度20mm/min,扩孔过程载荷曲线见图1，扩孔后试样照片见图2。 图1 扩孔过程载荷曲线 图2 扩孔后部分试样照片 2010年初进行了该产品的第一次试生产，其成分及性能见表1，产品发往用户后，在某汽车厂冲压第四横梁支架上板时发生部分开裂，开裂率为5.6%，开裂照片见图3，开裂位置金相组织照片见图4。表1 第一次试生产的主要成分及性能 牌号 C(%) Mn(%) Si(%) 终轧 温度 (℃) 卷取温度(℃) 抗拉强度 Rm Mpa） 屈服强度REl （Mpa） 延伸率A （%） 平均扩孔率 %） T420L 0.09 1.01 0.23 850 570 475 390 32 73.5 从图3看出，开裂位置具有翻边扩孔的成形特点，因此板材扩孔率的高低直接影响其成形能力。分析表1的性能测定结果可知，抗拉强度、屈服强度偏高是造成扩孔率偏低的重要原因。另外从图4看出，开裂位置金相组织存在晶界不清晰，晶粒不均匀的现象，晶粒不均造成产品性能不均进而引起冲压开裂。考虑到合金元素对强度和韧性的贡献，随着碳、硅含量提高，钢材强度提高，韧性降低。而Mn含量的增加在提高钢材强度的同时会改善扩孔性能。这是由于随着锰含量增加，铁素体相变温度Ar3明显降低，碳原子的扩散过程变得缓慢，导致形核的铁素体来不及充分长大，而变成形状不规则的准多边形铁素体以及少量的针状铁素体[]。Si是非碳化物形成元素，它以固溶体的形态存在于铁素体中，虽然起到固溶强化的作用，但由于其有强烈缩小γ区的作用[]，钢中Si对热轧钢板的表面质量有一定的影响，故应将含量控制在一定的范围内。在此基础上，第二次生产时，将冶炼成分、冷却工艺进行了调整，降低碳、硅含量，提高锰含量，同时适当提高卷取温度，产品主要成分及性能见表2。 表2 第二次生产的主要成分及性能 牌号 C(%) Mn(%) Si(%) 终轧 温度 (℃) 卷取温度(℃) 抗拉强度 Rm Mpa） 屈服强度REl （Mpa） 延伸率A （%） 平均 扩孔率 %） T420L 0.08 1.08 0.13 850 580 450 375 40 82.5 图3 第一次试验钢冲压开裂 图4 500×） 图5 第二次试验钢冲压合格 图6 500×） 工艺改进后的T420L在该用户再次冲压第四横梁支架上板时，312件产品全部合格，照片见图5，产品金相组织照片见图6。可以看出，与第一次试生产相比，随着碳、硅含量的降低，锰含量的提高，以及卷取温度的提高，产品的延伸率提高，组织更均匀，扩孔率得到改善。 在试验成功后的第一批次生产中，对各炉次的T420L进行了扩孔率检测，每炉各做2～3片