新開發(fā)DP雙相鋼原料配方、生產(chǎn)工藝及性能特點

汪仲華

【摘 要】鞍鋼鋼研院新開發(fā)的GDPT06，GDPT08新冷硬鋼種材料，做為DP600/DP800雙相鋼的原料投料，生產(chǎn)出來的鍍鋅產(chǎn)品相比傳統(tǒng)的原料投料，具有更好的材料性能。為了生產(chǎn)該高擴孔率，高塑性加工成型性的新材料，需使用高冷速，預(yù)氧化工藝的鍍鋅生產(chǎn)工藝。

【關(guān)鍵詞】雙相鋼；擴孔率；性能；新鋼種

引言

為了滿足汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展輕量化、低燃油消耗以及安全性的要求，高強鋼鍍鋅已成為目前研發(fā)的熱點。鐵素體馬氏體雙相鋼的產(chǎn)生是高強度鋼領(lǐng)域的一個重要突破，也是高強度鋼開發(fā)研制中的一個里程碑。雙相鋼以其低屈強比、高初始加工硬化速率、良好強度和延性的配合等優(yōu)點，已發(fā)展成為一種成型性良好的新型高強度沖壓用鋼，成為現(xiàn)代汽車用鋼的重要組成部分。

1.新開發(fā)的DP600/DP800雙相鋼背景及意義

雙相鋼又稱復(fù)相鋼，其主要組織為鐵素體與馬氏體相組織，是低碳鋼或低合金高強度鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制后而獲得。這類鋼具有高強度和高延性的良好配合，已成為一種強度高、成形性好的新型沖壓用鋼。

其中，590MPa級和780Mpa雙相鋼鍍鋅板在汽車制造中的使用比例大，主要應(yīng)用于汽車的加強件和結(jié)構(gòu)件。目前鞍鋼市場上使用的傳統(tǒng)DP600/DP800自向汽車廠供料以來，經(jīng)常出現(xiàn)雙相鋼沖壓開裂的情況，影響客戶生產(chǎn)效率。在此背景下，鞍鋼鋼研院研制了新的DP600/DP800對應(yīng)的冷硬原料鋼種GDPT06/GDPT08。

2.新鋼種的原料配方

相比傳統(tǒng)的DP600/DP800雙相鋼鍍鋅原料，新研發(fā)的GDPT06/GDPT08新鋼種降低了C、Mo元素含量，增加了Nb元素含量，降低了成本￥500-800/噸，更重要的是提高了整體的材料性能。

3.新鋼種的工藝控制及產(chǎn)品性能

筆者經(jīng)過雙相鋼產(chǎn)品工藝測試及數(shù)據(jù)匯總，后續(xù)批量的生產(chǎn)固化參數(shù)，總結(jié)出合適的鍍鋅工藝。590Mpa強度級的鍍鋅生產(chǎn)過程中，鋼帶在退火爐速度55-75m/min，均熱溫度820-840℃，緩冷溫度670-690℃，快冷溫度420-460℃，合金化溫度470-520℃，頂輥溫度160-180℃，光整延伸率0.4%。780Mpa強度級的鍍鋅生產(chǎn)過程中，鋼帶在退火爐速度50-75m/min，均熱溫度830-850℃，緩冷溫度670-690℃，采用高氫快冷、快冷溫度300-360℃，合金化溫度470-520℃，頂輥溫度160-180℃，光整延伸率0.4%。780Mpa強度級通過高氫快冷工藝，提高冷卻速度，可以顯著提高DP800高強鋼的屈服強度和抗拉強度，這和提高冷卻速度后馬氏體量顯著增加有關(guān)。

使用新配方以及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的高強度雙相鋼，可以保證鋼板最終組織為鐵素體和馬氏體，馬氏體以島狀大小均勻的彌散分布在鐵素體基體上。其中590Mpa級雙相鋼抗拉強度介于590-650MPa，屈服強度介于340-380Mpa之間，延伸率超過23.5%，擴孔率平均為75%。780Mpa級別雙相鋼抗拉強度介于780-850Mpa，屈服強度介于450-500Mpa之間，延伸率超過15%，擴孔率平均為22%。新開發(fā)的雙相鋼種的強度和延性匹配良好，具有高的擴孔率數(shù)據(jù)，較低的屈強比，客戶使用安全，滿足現(xiàn)代汽車輕量化、安全環(huán)保和低成本制造要求，最重要的是解決了舊鋼種沖壓頻繁開裂的難題。

筆者收集了新鋼種，傳統(tǒng)鋼種，其它兩家鋼廠的數(shù)據(jù)進行對比，如圖2，可發(fā)現(xiàn)590Mpa和780Mpa強度級別的雙相鋼新鋼種在屈服強度、斷后延伸率、擴孔率等性能指標(biāo)均占優(yōu)一定優(yōu)勢。

對比590Mpa級新鋼種GDPT06和舊鋼種590DP的金相圖可發(fā)現(xiàn)，新鋼種中白色鐵素體和黑色馬氏體的組織分布更為均勻，晶粒更為細小。

4.表面狀態(tài)

兩種雙相鋼Si、Mn元素含量較高，在熱鍍鋅退火過程中，合金元素析出富集在帶鋼表面，并在帶鋼表面形成顆粒狀氧化物。目前的熱鍍鋅工藝需在退火爐中使用預(yù)氧化工序，使大部分Si、Mn元素在鐵基內(nèi)部提前氧化。

未進行預(yù)氧化的鋼板表面幾乎布滿了氧化物顆粒，而經(jīng)過預(yù)氧化的鋼板表面明顯要比前者少很多。這主要由于鋼板進入露點較高并具有微弱氧化能力的退火爐加熱段時，預(yù)氧化后鋼板表面主要為Fe的氧化物，Si、Mn合金元素的氧化較少，之后鋼板表面氧化物被還原成海綿鐵，而Si、Mn合金元素氧化物被覆蓋在海綿鐵之下，產(chǎn)生內(nèi)氧化現(xiàn)象。

不同露點的退火爐氣氛會使鋼板表面生成不同厚度的Fe的氧化層，露點越高，厚度越大，對表面氧化物顆粒的覆蓋作用會越大。

熱浸鍍鋅層的質(zhì)量和附著力與Fe-Al抑制層的生長狀況有很大關(guān)系，而鋼板表面氧化物形貌又直接影響抑制層的生長。未經(jīng)預(yù)氧化的熱浸鍍板界面抑制層顆粒生長極不充分，未形成連續(xù)致密的抑制層。而經(jīng)過預(yù)氧化的熱浸鍍鋅界面抑制層顆粒相互之間銜接緊密，幾乎都組成了連續(xù)且致密的抑制層。

5.具體應(yīng)用情況

590Mpa級新鋼種和780Mpa級新鋼種的強化方式為復(fù)合強化，具有低屈強比，初步加工硬化速率快，無屈服延伸的特點，具備烘烤硬化性能，能在車漆噴涂后烘烤后屈服強度增加，擁有更好的加工成形性。

新鋼種擁有高擴孔率、開孔時不易開裂，不易造成裂紋擴展的優(yōu)點。無論純鋅或者鋅鐵合金產(chǎn)品，優(yōu)異材料特性使焊接性能方面處于同級別材料領(lǐng)先水平。

新材料可以在同一零件上同時實現(xiàn)擴孔、拉伸、彎折等復(fù)雜形變，可應(yīng)用于形狀復(fù)雜的零部件，適用于車體主要使用部件：邊梁、側(cè)面構(gòu)件、橫梁、支柱、底盤加強件、油箱支架等汽車車體結(jié)構(gòu)件、加強件以及門內(nèi)板，具有極其優(yōu)秀的機械性能。

車身設(shè)計根據(jù)產(chǎn)品用途、使用條件、載荷大小、經(jīng)濟型要求、輕量化原則等，選用合適性能的材料做構(gòu)建交叉點連接件，滿足車身連接結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)性能。新材料可以滿足零部件的深沖壓需求，同時可以保證在輕量化的需求上滿足鋼性需求。

骨架結(jié)構(gòu)由密閉斷面的矩形管構(gòu)成，要求具有很高的焊接性能和防腐性能，新材料在提高車身構(gòu)件的強度和扭轉(zhuǎn)剛度的同時在焊接裝配中，體現(xiàn)優(yōu)良的焊接性能，鍍鋅的應(yīng)用，極大的提高產(chǎn)品的防腐性能。

結(jié)語

（1）590Mpa級和780Mpa級新鋼種在原有傳統(tǒng)鋼種的基礎(chǔ)上增加了C、Mo元素含量，降低了碳當(dāng)量，增加了Nb元素含量，大大降低了冶煉成本，在保證材料整體強度的基礎(chǔ)上提高了雙相鋼的延展性，同時具有更高的擴孔率，提高了雙相鋼在汽車市場的適用性。

（2）新材料需匹配爐內(nèi)快速冷卻，預(yù)氧化的工藝，確保優(yōu)異的材料性能和良好的表面質(zhì)量。

（3）新材料良好的加工成型性目前大批量的應(yīng)用于汽車車體的連接件，骨架結(jié)構(gòu)件等，滿足車身結(jié)構(gòu)的輕量化、高深沖性能、高防腐等要求。

參考文獻：

[1]康永林，鄺霜等.汽車用冷軋雙相的生產(chǎn)工藝及組織性能特征[J].鞍鋼技術(shù)，2008，（4）：1-2

[2]馮士杰，江社明.預(yù)氧化對第三代汽車鋼熱浸鍍鋅的影響[J].金屬熱處理，2014，（39）：29-30

[3]連續(xù)退火快冷工藝對冷軋超高強鋼力學(xué)性能的影響[J]：材料熱處理學(xué)報.2006，27（1）：49-50

（作者單位：鞍鋼廣州汽車鋼有限公司）