汽车用高强度热镀锌钢板的开发

汽车用高强度热镀锌钢板的开发

由于汽车冲撞安全性和CO2减排环保要求的提高，高强度钢在汽车车身的使用率显著提高，以强化车体结构并实现轻量化。其中要求耐蚀性部位使用合金化热镀锌（GA）钢板，在柱体部件则使用具有良好成型性的高强度GA钢板。为满足汽车用高强钢的需求，日本神户制钢开发出590-980MPa级的伸长率是传统钢1.3倍的高强度GA钢板。

1 开发钢组织控制思路

开发钢是铁素体+马氏体构成的DP钢（双相钢）和铁素体+贝氏体+残余奥氏体构成的TRIP钢（相变诱发塑性钢）。为实现高伸长率，对这两种钢采取的组织控制方法是，组织均匀化；在控制碳化物析出的同时，为使铁素体高延性化并抑制局部变形能下降，对铁素体本身进行固溶强化。此外，对于TRIP钢，还要有较多的残余奥氏体。

对于DP钢板组织控制的方法是，采用590-980MPa级合金化热镀锌钢板制造技术，并且在钢的成分方面能够有效抑制退火冷却时的贝氏体转变。对DP钢和TRIP钢起着重要作用的添加元素是Si。Si是铁素体稳定化元素，又是有效的固溶强化元素，而且是提高加工性的有效元素，但对GA钢板浸镀性有不利影响。为解决这个问题，神户制钢对钢板表面进行了特殊改质，使GA钢板也可以与普通冷轧钢板一样将Si含量提高到1.0%以上。由于Si的添加使钢的伸长率显著提高，但也使铁素体在钢冷却过程中容易析出，造成屈强比下降。针对这种情况，在制造过程中，对每个成分和厚度的钢板采用最佳冷轧压下率，通过对冷轧产生加工组织的回复再结晶行为的控制，实现伸长率不降低的同时，提高屈服强度。这种组织控制方法是使各个厚度的冷轧钢板获得均匀双相组织的有效方法。

对TRIP钢的组织控制方法是保证钢中具有最大的残余奥氏体量。一般情况下，在制造TRIP钢板时，对钢板进行奥氏体等温淬火处理，使C向未转变的奥氏体聚集。但在GA钢板制造工艺过程中，由于钢板在高温下进行合金化镀锌，就会出现组织变化、奥氏体分解、碳化物析出等GA钢板所特有的现象。因此，神户制钢开发的TRIP钢板不采用过去那种仅使C聚集的奥氏体等温淬火处理，而是对包括合金化处理在内的奥氏体等温淬火条件进行优化，使钢中的残余奥氏体量最大化。

根据开发钢980MPa级DP钢板和780MPa级TRIP钢板的典型微观组织，发现这两种钢板组织中都有大量的铁素体，并且没有发现碳化物的析出。DP钢板的组织是均匀微细的双相组织，TRIP钢中残余奥氏体以块状为主，此外还有针状残余奥氏体分布在

贝茵铁素体的板条之间。根据980MPa级DP钢板的晶界分布情况，在DP钢板的铁素体内含有大量的小角度晶界，钢板冷轧形成的加工组织经退火处理后成为亚晶粒形态。利用这种加工组织对开发钢的强度进行调整，使钢具有很高的伸长率。根据590MPa级和980MPa级DP钢板镀层断面的SEM图像，可以看到均匀的镀层。此外，两种钢板镀层良好的抗粉化性也得到了确认。

2 开发钢的主要特性 2.1 加工性

表1是厚度为1.6mm开发钢板的典型拉伸性能，各种开发钢的伸长率都达到了同强度冷轧板的水平。根据开发钢980MPa级DP钢板、780MPa级TRIP钢板的强度（TS）和伸长率（El）的关系，并与传统钢进行了比较。由于上述的成分设计和组织控制，这两种钢板的伸长率都为传统钢的1.3倍，实现了高延性。开发的TRIP钢在成型过程中由于应变的高度分散，难于发生局部板厚变薄，使开发的TRIP钢的极限成型高度达到了低一个强度级别590MPa级DP钢的水平。

表1 GA 钢板（开发钢）和冷轧钢板（对比钢）的拉伸特性

钢板 TS级别 590MPa GA开发钢 780 MPa 980MPa 冷轧钢板（CR） 表2是开发钢拉伸凸缘性指标扩孔率（λ值）和90度V形弯曲试验的最小半径的典型值。最小半径是用前端（R）为0-0.5mm的90度冲头对试样进行冲压成型时，试样不发生裂纹的最小曲率半径。为进行比较，表中还列出了590-980MPa级传统GA钢板的典型值。开发钢的λ值与同强度级别的传统钢相同，并且由于局部变形能的降低受到抑制，El和λ值的综合性能好于传统钢。一般来说，弯曲性能与拉伸凸缘性和局部延性具有一定的相关性，因此，认为V形弯曲试验的最小曲率半径与λ值之间也有一定的相关关系。但是本开发钢的λ值与传统钢相同，弯曲性能却优于传统钢。这种现象说明

590MPa 780 MPa 980MPa 钢类 DP DP TRIP DP DP DP DP YP，MPa 387 481 478 619 388 509 635 TS，MPa 613 828 823 1037 633 838 1032 El，% 34 23 29 18 33 22 18 对于本开发钢，不仅由于Si的添加减少了铁素体与马氏体的硬度差，提高了局部变形能，从而提高了λ值，而且还有其它因素对λ值起作用，因此弯曲性与λ值没有相关关系。图1是厚度为1.2mm的590MPa级和980MPa级DP钢开发钢的成形极限图（试样上的圆形网格直径0.25英寸），为进行比较，图中还有传统钢的成形极限曲线（点线）。可以看出，两种开发钢在最苛刻的成形条件平面应变状态下的成形极限都优于传统钢。其原因是通过上述的成分设计和制造过程中的组织控制提高了钢的伸长率。

表2 开发钢和传统钢的扩孔率和最小弯曲半径

钢板 TS级别 590MPa 开发钢 780 MPa 980MPa 590MPa 传统钢 780 MPa 980MPa 钢类 厚度，mm DP DP TRIP DP DP DP DP 1.6 1.6 1.4 1.6 1.6 1.6 1.6 λ值，% 74 27 29 27 68 31 25 最小弯曲半径（横向），mm 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 2.0 注：拉伸凸缘（扩孔）试验：扩孔率λ值按JFST 1001标准测定。·弯曲试验按JIS Z 2248标准进行。

图1 开发钢的成形极限图（a：590MPa 级DP 钢薄板，b：980MPa 级DP 钢薄板）

2.2 点焊性

图2是厚度为1.6mm的590MPa级和980MPa级DP钢开发钢的剪切抗拉强度（TSS）、十字拉伸强度（CTS）与焊接电流的关系。焊接条件如表3。两种开发钢的25.4mm熔核直径的剪切抗拉强度都超过JIS 的A级规定值13.5kN，无喷溅的焊接电流范围较大，为2.5kA以上。

图2 开发钢拉伸剪切强度、十字拉伸强度与焊接电流强度的关系

（590MPa 级、980MPa 级DP 钢板）

表3 点焊条件

导电嘴 导电嘴直径 电极压力 焊接时间 焊接电流 上下冷却水 受成分影响，开发钢的十字拉伸强度有时较低，但强度没有明显的降低。在适用焊接电流范围内的延性比（CTS/TSS），590MPa级开发钢大于0.65，980MPa级开发钢大于0.48，都显示出较高的值。表4是钢板厚度对980MPa级开发钢5.4mm焊缝抗拉剪切强度的影响。钢板厚度越大，相应的焊接电极直径和电极压力越大、焊接时间越长，但各个板厚的抗拉剪切强度都远高于JIS的A级规定值，显示出良好的点焊接头强度。

表4 开发钢的抗拉剪切强度与板厚的关系（980MPa级DP钢板） 厚度，mm 导电嘴直径，mm 电极压力，N 焊接时间，60Hz 1.2 6 3750 23周波 1.6 8 4950 28周波 2 8 6540 29周波 嘴头材料Cu-Cr 8mm 4950N 28周波（60Hz） 6-14kA 1.5L/min 表5是从实用角度对590MPa级、980MPa级开发钢点焊性的评价结果。与表3相比，评价试验条件的电极前端直径小（6mm）、焊接压力小（3430N），并在焊接钢板之间有间隙（1mm）和无间隙两种情况下进行试验。表中还列出了JIS 的A级剪切抗拉强度规定值13.5kN和发生喷溅的电流值。两种开发钢的性能都达到JIS的要求，并且不发生喷溅的焊接电流范围都在1.5kA以上。这说明开发钢不仅有良好的加工性还具有稳定的高点焊强度。

表5 开发钢在有/无间隙条件下的点焊性

焊接电流，kA TS级别 焊接钢板间隙 0mm 1mm 0mm 1mm ND：5.4mm 6.5 6.5 6.0 6.0 A级TSS：13.5kN 6.5 6.5 5.5 5.5 喷溅电流 9.0 9.0 8.0 8.0 590MPa级 980MPa级

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