不同成形應變量下DP鋼BH特性研究

摘 要：以唐鋼生產的450 MPa、590 MPa和780 MPa級別雙相鋼材料為研究對象，研究不同預拉伸應變量下材料的烘烤硬化性能及其影響因素。結果表明， 450 MPa、590 MPa和780 MPa級別雙相鋼均具有優良的烘烤硬化特性，不同預拉伸應變量下的BH值均滿足標準要求。隨著預拉伸應變量的增加，BH的變化趨勢呈多樣化，其中450 DP的BH值呈單調上升趨勢，590 DP和780 DP的BH值呈先降后升的趨勢，且轉折點均在應變量2%附近。450 DP、590 DP和780 DP經應變烘烤后屈服強度升高，抗凹性能提高。應變量達到2%時，三個鋼種的屈服強度的增加值均超過100 MPa。

關鍵詞：雙相鋼，應變量，BH值

STUDY ON BH CHARACTERISTICS OF DP STEEL UNDER DIFFERENT FORMING STRAIN

Jia Huishu" "Wei Huanjun

（Tangshan Iron and Steel Group Co.，Ltd. Tangshan 063000，China）

Abstract：This article takes the 450 MPa， 590 MPa， and 780 MPa grade dual phase steel materials produced by Tangshan Iron and Steel Co.， Ltd. as the research object， and studies the baking hardening performance and influencing factors of the materials under different strain variables.The results show that 450 MPa， 590 MPa， and 780 MPa grade dual phase steels all have excellent bake hardening characteristics， and the BH values under different strains meet the standard requirements.With the increase of forming strain， the trend of BH variation is diversified. As the strain increases， the BH value of 450 DP shows a monotonic upward trend， while the BH values of 590 DP and 780 DP show a trend of first decreasing and then increasing， and the turning points are all around 2% of the strain. After strain baking， the yield strength of 450 DP， 590 DP， and 780 DP increased， and the anti concave performance improved. When the strain reaches 2%， the increase in yield strength of all three steel grades exceeds 100 MPa.

Key" words：dual phase steel；strain；BH value

0 前 言

烘烤硬化鋼的開發和應用是與汽車制造業的需求緊密結合的，據統計，車身重量每減輕1%，燃油消耗可下降0.6%～1.0%。轎車車身的鋼板消耗量約占整車鋼材消耗量的75%，因此增加車身上高強鋼應用比例，降低厚度是減輕車身重量，降低油耗的主攻方向。雙相鋼以其較低的合金含量、較高的工藝可行性以及良好的焊接性能，成為汽車結構類零件的首選鋼種，應用于結構件、加強件和防撞件[1]。目前，國內外各大汽車主機廠和鋼廠已開始對雙相鋼、相變誘導塑性鋼板烘烤硬化性能進行研究，以達到車身輕量化的同時，增加其抗凹性能和抗沖擊性能，解決汽車板薄壁化所帶來的碰撞能量吸收能力減小、剛度降低等問題。

1 研究目的和意義

材料的烘烤特性決定了車身的輕量化程度和抗凹性能的提升。目前對雙相鋼的烘烤硬化特性的研究，主要集中在兩方面：一是BH值隨應變量、烘烤溫度、烘烤時間、室溫時效的變化情況；二是烘烤后材料的應變時效性能，包括材料屈服強度和抗拉強度的增加等。烘烤硬化BH值的定義是指在不同預變形量下試樣的BH值用Rel-Rpx表示（Rel為試樣經一定量預變形，并170 ℃烘烤20 min后的屈服強度；Rpx為預變形時的流變應力）。大量研究表明，隨著烘烤溫度的增加，BH值增加，隨烘烤時間的延長，BH值小幅度增加。而對于應變量對雙相鋼BH值的影響規律還無明確的研究。唐鋼的雙相鋼生產已成規模化，廣泛應用于諸多主機廠，目前，可為各主機廠提供板料的基礎性能、焊接性能、碰撞性能等多項檢測數據。為了更好地服務用戶，為汽車輕量化及抗凹和抗沖擊性提供解決方案，充實唐鋼數據庫的特性化資源，開展對唐鋼雙相鋼產品的烘烤硬化特性研究。

2 試驗材料及方案

2.1 試驗材料

選用唐鋼連退線生產的450 DP、590 DP和780 DP雙相鋼為研究對象，其力學性能、化學成分技術要求見表1。

2.2 試驗方案

取450、590和780 MPa級別的3個牌號雙相鋼產品，在預拉伸應變分別為0%、1%、2%、5%和8%的5個不同預應變量下，進行烘烤溫度170 ℃，保溫20 min的烘烤硬化后，開展拉伸、金相組織和硬度試驗分析。

每個鋼種按照GB/T228.1標準的P6試樣制取8根拉伸試樣，進行預應變拉伸至所設定的五個應變量，卸載后，取5根試樣按照170 ℃，保溫20 min的烘烤制度進行烘烤時效處理，之后分別開展BH值及力學性能、金相組織和硬度試驗。

3 不同成形應變量下DP鋼BH特性的試驗分析

3.1 預拉伸應變量對BH值的影響

3.1.1 預拉伸應變量對450 DP的BH值的影響

450 DP試樣經過1%、2%、5%、8%應變量預拉伸后進行170 ℃、保溫20 min烘烤，空冷至室溫，然后拉斷。不同應變量預拉伸下烘烤硬化應力應變曲線見圖1，可以看出材料均出現明顯的不連續屈服現象。隨著預拉伸應變量的增加，450 DP的BH值從47 MPa增加到62 MPa，呈逐漸增加的趨勢，增加梯度由小變大。在小于5%應變量時，材料的烘烤硬化值變化不大，應變量達到8%時烘烤硬化值有明顯增加。

3.1.2 預拉伸應變量對590 DP的BH值的影響

590 DP試樣經過1%、2%、5%、8%應變量預拉伸后進行170 ℃、保溫20 min烘烤，空冷至室溫，然后拉斷。不同應變量預拉伸下烘烤硬化應力應變曲線見圖2，可以看出590 DP的BH值在37 MPa到50 MPa之間，隨著應變量增加，先降后增，1%應變量時BH值是50 MPa，2%應變量時降低為37 MPa，到5%應變量時基本不變，隨后增加到49 MPa。

3.1.3 預應變量對780 DP的BH值的影響

780 DP試樣經過1%、2%、5%、8%應變量預拉伸后進行170 ℃，保溫20 min烘烤，空冷至室溫，然后拉斷。不同應變量預拉伸下烘烤硬化應力應變曲線見圖3，可以看出780 DP的BH值范圍是30 MPa到46 MPa，隨著應變量的增加呈現先降后升趨勢，轉折點在2%應變量處。1%應變量時BH值為41 MPa，到2%應變量時轉降為30 MPa。在2%應變量到5%應變量之間無變化。5%應變量后BH值開始升高。

在烘烤制度相同的情況下，成形應變量是影響材料BH值的主要因素。預變形量對BH特性的影響，主要是基于對基體內可移動位錯密度的影響。DP鋼經連續退火處理后，由于再結晶的發生，基體內位錯密度大幅降低[2]。施加一定的預變形，可提高基體內的位錯密度。預變形量越大，產生的新位錯越多。在烘烤制度的作用下，隨著應變量的加大，柯氏氣團密度增大，BH值隨之增加。本次實驗顯示的三種級別強度雙相鋼的BH值隨應變量的變化趨勢見圖4。由圖可見，450 DP隨應變量增加BH值呈上升趨勢。590 DP隨著應變量的增加，BH值呈先降后升的趨勢，轉折點均在應變量2%附近。780 DP隨著應變量的增加，BH值呈先降后升的趨勢，轉折點均在應變量2%附近；三種材料中，BH值隨應變量變化，升降梯度最大的是780 DP。590 DP和780 DP在1%應變量的BH值基本和8%應變量在一個數量基上；2%應變量的BH值基本和5%應變量在一個數量基上。

3.2 不同應變量對組織及力學性能的影響

3.2.1 金相組織分析

450 DP、590 DP和780 DP金相組織見圖5。雙相鋼的顯微組織是由鐵素體基體和馬氏體組成。這類鋼的高強度特性是由島狀馬氏體顆粒散布于鐵素體集體上組成，馬氏體提供了雙相鋼的強度特性，鐵素體則使雙相鋼具有良好的塑性。雙相鋼中馬氏體的體積百分比一般為5%～15%。其中450 DP組織中含有的鐵素體較多，馬氏體含量較少，780 DP組織中的鐵素體最少，馬氏體含量最多。

3.2.2 拉伸試驗分析

450 DP在不同應變量拉伸及烘烤后，力學性能變化見表2。隨著預應變量的增加，抗拉強度、屈服強度均有增加，增加幅度增大，屈服強度增加趨勢遠遠高于抗拉強度；隨著應變量的增加，應變后屈服強度增加的趨勢基本和應變烘烤后相同；抗拉強度的變化幅度小，在應變和應變烘烤后的稍有增加?？梢钥闯霾牧辖涍^應變和應變烘烤后n4-6值、A80 mm和Ag值降低，且均是隨著應變量的增加，降低幅度加大。

590 DP不同應變量拉伸并烘烤后力學性能變化見表3，隨著預應變量的增加，抗拉強度、屈服強度均有增加，屈服強度增加趨勢遠遠高于抗拉強度；隨著應變量的增加，應變后屈服強度增加的趨勢基本和應變烘烤后相同；抗拉強度的變化幅度小，在應變和應變烘烤后的稍有增加?？梢钥闯霾牧辖涍^應變和應變烘烤后n4-6值、A80 mm和Ag值降低，且均是隨著應變量的增加，降低幅度加大。

780 DP不同應變量拉伸并烘烤后力學性能變化見表4，隨著預應變量的增加，抗拉強度、屈服強度均有增加，屈服強度增加趨勢遠遠高于抗拉強度；隨著應變量的增加，應變后屈服強度增加的趨勢基本和應變烘烤后相同；抗拉強度的變化幅度小，在應變和應變烘烤后的稍有增加。可以看出材料經過應變和應變烘烤后n4-6值、A80 mm和Ag值降低，且均是隨著應變量的增加，降低幅度加大。

3.2.3 硬度試驗分析

隨著應變量的增加，450 DP硬度HRA呈遞增趨勢，變化范圍是46～56之間，具體情況見圖6（a）。590 DP硬度HRA也是遞增趨勢，變化范圍是52～60之間，具體情況見圖6（b）。780 DP硬度HRA也是遞增趨勢，變化范圍是59～64之間，具體情況見圖6（c）。

3.3" 試驗小結

雙相鋼的烘烤硬化特性本質是“應變時效”，板料經過沖壓涂裝后，材料基礎性能發生變化，這些變化影響材料的抗凹性能和抗沖擊性能，是由應變和烘烤兩方面作用組成。由于DP鋼中含鐵素體和馬氏體兩相，低溫烘烤會引起鐵素體的靜態應變硬化和馬氏體回火現象，故DP鋼烘烤硬化性能影響因素比較復雜[3]。在烘烤制度相同的情況下，成形應變量是影響材料BH值的主要因素。

450 DP、590 DP、780 DP原板在不進行預應變情況只進行170 ℃、保溫20 min的烘烤后，材料的屈服強度變化不大，在經過2%預應變后材料的屈服強度增加顯著，說明應變量是提高材料烘烤硬化特性的主要條件，見圖7。

烘烤制度形同的情況下，隨著應變量的增加，450 DP、590 DP、780 DP雙相鋼抗拉強度和屈服強度均增加、且基本是線性增加關系；屈服強度隨應變量的增加值遠遠高于抗拉強度的增加；屈服強度的增量是780 DP＞590 DP＞450 DP；應變量達到1%時，屈服強度的增加值均超過70 MPa；應變量達到2%時，屈服強度的增加值均超過100 MPa；應變量達到5%時，屈服強度的增加值均超過180 MPa；應變量達到8%時，屈服強度的增加值均超過230 MPa。見圖8、圖9。

雙相鋼經過烘烤硬化后，提高了材料的抗凹性能。抗凹陷性能是指汽車外板抵抗外加負荷在表面產生壓痕的能力，主要受鋼板屈服強度、剛度、厚度的影響，應變時效處理是提高烘烤硬化鋼板抗凹陷性能常用方法之一?？箾_擊性能是汽車用烘烤硬化鋼鋼板的重要安全指標，增加烘烤硬化前的預應變量可明顯提高材料的抗沖擊性能[4]。

從烘烤后拉伸曲線可以看出，雙相鋼經過烘烤硬化后n4-6值、A80 mm和Ag值均會降低，所以對烘烤后性能的研究是滿足汽車輕量化要求的同時滿足材料沖壓成形。

4 結 論

經過對河鋼唐鋼450 DP、590 DP、780 DP雙相鋼的不同預應變下烘烤特性的研究，得出四個結論。

1）唐鋼生產450 DP、590 DP、780 DP具有優良的烘烤硬化特性，BH值均滿足標準要求。

2）450 DP、590 DP、780 DP應變烘烤后屈服強度升高，抗凹性能提高；應變量達到2%時，屈服強度的增加值均超過100 MPa。

3）烘烤制度形同的情況下，隨著成形應變量的增加，450 DP、590 DP、780 DP的BH值變化趨勢呈多樣化，隨應變量增加，450 DP的BH值呈單調上升趨勢，590 DP、780 DP的BH值呈先降后升的趨勢，轉折點均在應變量2%附近。

4） 烘烤制度形同的情況下，隨著應變量的增加，450 DP、590 DP、780 DP雙相鋼抗拉強度和屈服強度均增加、且基本是線性增加關系。

參考文獻

[1] 康永林，陳貴江，朱國明，等.新一代汽車用先進高強鋼的成形與應用[J].鋼鐵，2010，45（8）：1-6.

[2] 胡世光，陳鶴崢，李東升，等.板料冷壓成形的工程解析[M].（第2版）.北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[3] 吳青松，王輝，趙江濤，等.鐵素體和馬氏體雙相鋼動態加載下的應變硬化行為[J].塑性工程學報，2010，17（5）：114-117.

[4] 鄺霜，康永林，于浩，等.C-Si-Mn冷軋雙相鋼應變硬化特性[J].材料工程，2009，（2）：11-14.

第一作者：賈慧淑，女，41歲，高級工程師

收稿日期：2024-03-22