汽車耐不耐撞，是時候武裝熱成型鋼板知識了

熱成型技術(shù)是一項(xiàng)專門用于極高強(qiáng)度鋼板沖壓件的新成型技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)生是為了解決超高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度與塑性的矛盾問題。大致的實(shí)施方法為將成型和強(qiáng)化分為兩個步驟進(jìn)行，利用相變強(qiáng)化形成馬氏體。其優(yōu)點(diǎn)為制備的熱成型零件具有高強(qiáng)度、成型精度高、能避免高強(qiáng)度鋼冷成型回彈等問題。

關(guān)于高強(qiáng)度鋼板熱成型加工工藝的具體方法一般為：

先將常溫下強(qiáng)度為500~600MPa的硼合金鋼板加熱到880~950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成型，最后快速冷卻，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

以22MnB5為例，下圖為其熱處理過程中性能變化趨勢。

此項(xiàng)工藝又分為直接工藝和間接工藝兩種。這兩項(xiàng)的區(qū)別在于直接工藝適用于形狀簡單且變形程度較小的零件而間接工藝適用于復(fù)雜或拉深程度較大的零件。下圖為這兩種處理工藝的對比圖。

關(guān)于以上的技術(shù)特點(diǎn)有以下補(bǔ)充以及解釋：

1）為什么要馬氏體化

下表為常用汽車用鋼

從上表可以看到在超高強(qiáng)度鋼中只有馬氏體鋼的強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa以上。（根據(jù)USL-AB定義，屈服強(qiáng)度為210~550MPa及抗拉強(qiáng)度為270~700MPa的為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于550MPa及抗拉強(qiáng)度大于700MPa的為超高強(qiáng)度鋼）

2）鋼材的選擇

現(xiàn)在主要采用硼鋼，主要原因有如下幾點(diǎn)：

a.微量的硼元素可以有效提高鋼的淬透性，使零件在模具中以合適的冷卻速度獲得所需的馬氏體組織（需要說明的是硼只在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的情況下才能有效地發(fā)揮淬透性的作用，在含碳量＞0.8%的鋼中，硼不再具有增加淬透性的作用）；

b.熱成型鋼中加入少量的硼會聚集到奧氏體晶界處，延遲鐵素體形核，從而有效地防止轉(zhuǎn)移和在成型過程中形成鐵素體；

c.硼合金鋼板的強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，是普通鋼板的3~4倍。這能夠帶來很多好處，比如減輕車重、板料厚度、提高被動安全性等。

下圖為比較典型的含硼的熱成型鋼的組織處理前后對比圖

以BTR165鋼板為例，下圖為其應(yīng)力-應(yīng)變曲線

3）主要元素成分

下表為比較常見的熱成型鋼成分。

簡單說一下以上元素的作用：

a.碳和磷在馬氏體中起到固溶強(qiáng)化作用，但是后者會降低塑性和耐沖擊性能；

b.錳和鉻用于提高淬透性；

c.鋁和鈦起到阻止硼和氮形成BN，這是因?yàn)锽N會使硼失去阻止鐵素體形成的作用，而鋁和鈦能夠形成更強(qiáng)的氮化物，從而阻止了該現(xiàn)象的產(chǎn)生。此外，形成的AlN和TiN能夠抑制奧氏體晶粒長大，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的目的；

d.鉬用于抑制珠光體形成，但是價格貴，不常用。

舉例來說：

a.22MnB5是常見的熱沖壓高強(qiáng)鋼，其化學(xué)成分如下表

b.Acelor公司開發(fā)的USIBOR1500熱沖壓成型鋼板，其化學(xué)成分如下表

c.SSAB公司開發(fā)的熱軋硼鋼板Boron02，其化學(xué)成分如下表

可以看到現(xiàn)在主要熱成型鋼的成分也就是以上所述的幾種。

4）裸板與鍍層板（熱成型鋼表面成分）

在熱成型過程中，暴露于空氣中的鋼板表面極易氧化，形成的氧化鐵皮引起一系列問題。如會影響焊接質(zhì)量、油漆質(zhì)量等。所以從原則上來說，熱成型鋼板都應(yīng)該加鍍層。但是由于多種原因，在較早的熱成型技術(shù)中是沒有經(jīng)過鍍層處理的。由于熱成型技術(shù)是一種高投資、高能耗的生產(chǎn)技術(shù)，這使得生產(chǎn)企業(yè)需要控制其成本，因此鍍層和非鍍層鋼板均有存在。

現(xiàn)在來說鍍層鋼板的鍍層主要由兩種：Al-Si鍍層和Zn或Zn合金鍍層。

這兩種方法的處理工藝不同，下圖為兩種方法的處理流程對比

這兩種處理方法的影響會延續(xù)到后續(xù)的工序中去，具體對比如下表：

5）制造工藝

這里的制造工藝我覺得主要是針對板料熱成型過程的工藝參數(shù)的研究。

主要的參數(shù)包括以下部分：

a.加熱保溫時間板料加熱到奧氏體化溫度后需要設(shè)定一定保溫時間，以保證奧氏體均勻化。一般來說保溫時間在3~10min，具體的時間需要根據(jù)板材的厚度決定；

b.傳遞時間即板料從加熱爐到模具之間的傳遞時間。由于這個過程是在空氣中進(jìn)行的，所以必須盡快完成。現(xiàn)在也有采用電阻加熱方法對模具中材料直接進(jìn)行加熱，使得奧氏體化處理、轉(zhuǎn)移、成型和冷卻硬化都在模具中進(jìn)行，不需要材料從加熱爐轉(zhuǎn)移到模具中，即省去了傳遞時間這個問題；

c.初始成形溫度設(shè)定初始成形溫度能夠避免成形過程中出現(xiàn)開裂、起皺等缺陷。具體的成形溫度要以具體情況而定；

d.熱沖壓速率合適的熱沖壓速率能夠避免板料成形前過快冷卻、沖壓速度過快，引起板料撕裂；

e.冷卻速率冷卻速率會影響到板料最終的組織結(jié)構(gòu)，合適的冷卻速率能夠保證板料的淬透性。這里的冷卻速率指的是：高溫成形后的零件在模具中快速冷卻到馬氏體完成溫度以下的速率。一般來說冷卻速率會控制在-40~-100℃/s。在此之后采用自燃冷卻的方式，一般在80℃左右即可從模具中取出。

需要注意的是，由于板料厚度、大小、是否存在鍍層、目標(biāo)性能等不同，具體的處理工藝參數(shù)會不同。