具有良好成形性及焊接性的新型超高拉伸强度冷轧钢板_松冈才二

图 4 新开发的 TS1180MPa 超高强钢 YP 的变化
通常，TS11980MPa 高强冷轧钢板的成形主要 以轧制成形等的弯曲加工为主，这种成形方式生产 的钢板可制造挡板及加固部件等，但是，制造车厢 周围车体部件就需要更高级的冲压加工成形，因 此，以下要解决的问题是提高深冲成形性。JFE 钢 铁公司应用特有的 WQ－CAL 来控制金属组织，开 发出兼具良好的拉伸性及扩孔性的钢板，实现良好 的冲压成形性。另外，由于采用 WQ 方式，实现了
JFE 钢铁公司作为生产汽车高强钢的综合厂 家，针对汽车市场的多种需求，积极研发了世界级 先进的汽车钢板。其中(见图 1)，带水冷(WQ)功能 的连续退火设备(WQ-CAL 工艺)，活用低合金成分 的设计及金属组织控制的方法，生产出 TS780-1470MPa 的高成形性超高强钢板。
生产线方向 连退炉 气冷 回火炉
另外，高强钢冲压成形时弹性变形回复的难题， 可以使用 WQ-CAL 急速均一冷却进行控制，在控制 板卷长度方向、宽度方向不均状况的前提下来解决 这一难题。应用高精度控制钢组成的炼钢技术，以 及在热轧至连退一贯制生产工艺中控制强度变动因 素等方法可以解决板卷间的强度不均的问题，即可 以将 TS780-1470MPa 超高强钢的强度变动控制在与
工作辊、支撑辊、机架等几部分组成，支撑辊的主 要作用是对矫直机工作辊变形进行补偿。本钢冷轧 厂精整机组 1 号横切生产线为 17 辊矫直机，支撑 辊共有五组，2 号横切生产线为 19 辊矫直机，共有 五组支撑辊。在生产过程中由于支撑辊的调节不当 容易造成支撑辊将矫直辊顶死，造成矫直机工作辊 擦伤，最终造成带钢被擦伤。同时也由于切边毛刺 进入矫直机，毛刺粘附在支撑辊，造成支撑辊被划 伤，最终造成矫直辊被损伤，造成带钢下表面擦伤。
1990 年以后，逐步开始使用 TS780MPa 以上级 超高强钢板。此种超强钢板原来用于保险杠加固材 料、门冲撞梁等车厢周边的安全加固部件，因对其 安全性及轻型化要求严格，后来逐渐扩大了它的使 用范围，也用于支柱心脏加固部件等部位。1994 年 开始的世界 15 个国家 32 个钢铁厂家共同实施的 ULSAB(超轻型汽车车体)项目中也针对今后汽车 结构件的发展方向做出明确的指示。
使用 WQ-CAL 生产的钢板有以下优点：
织)。采用适当的水冷淬火温度及回火温度，可以很
1)可生产出应用广泛的强度及成形性较高的 好地控制 DP 组织的硬质第 2 相的体积分率及硬度。
TS780-1470MPa 高成形性钢板。
使用这种可实现热滞后的设备，可以完善组织控
2)采用低 C 当量成分设计，具有良好的点焊性 制，并开发了与强度和用途相适的材质生产技术(表
本，超高λ型钢板被广泛的应用、推广。
超级λ型机械固
980MPa 级 新钢
高λ型伸展凸 缘成形图
热冲压 部件的 YP 等级
扩孔率λ/ % 屈服点，YP/MPa
旧钢
低 YR 型伸 展成形图
冲压及烘烤前 冲压及烘烤后
延伸率，El/%
图 3 最新研制开发的 TS980MPa 超高强钢的典型的 El(伸长)λ平衡
TS590MPa 冷轧钢相同的水平。
内部断裂
基板上的 针形接点 断裂
t=1.2mm ND=6.6mm
C 当量（mass%）
图 2 十字拉伸试验中 C、P、S 元素对点焊接点 断裂类型的影响（t：厚度；ND：熔核直径）
3 超高强冷轧钢板的最新开发状况
3.1 与车体结构（加固）部件、座椅骨架部件材料 相适的 TS980MPa 冷轧钢板
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本钢技术
2009 年第 1 期
具有良好成形性及焊接性的新型超高拉伸强度
冷轧钢板
松冈才二，长谷川浩平，田中靖(日)
近些年来，越来越多的高强钢板应用在汽车车 体上。它可以提高抗冲击安全性以确保乘车人员的 安全，减轻车体重量，减少 CO2 排放量。
截至 1990 年，一直用 TS(拉伸强度)440～ 590MPa 级高强钢板替代原有的软钢板。本钢板克 服了原有钢板冲压成形这一困难，改善了钢板的焊 接性及耐腐蚀等差的缺陷，用于生产汽车前部抗冲 撞材料，在侧梁等遇到冲撞变形时可以吸收能量。
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2 高强冷轧板的开发理念
3)采用 WQ 均一冷却及前馈管理保证了材料的
JFE 钢铁公司自主开发出具有世界最高冷却能 安全性。
力(1 000℃/s)的 WQ-CAL，并使用这套设备成功生
WQ-CAL 的热循环如图 1 所示。连退工艺可以
产出 TS780MPa 到 1 470MPa 的超高强冷轧钢板。 控制钢的组织形态(马氏体单相组织、DP(双相)组
低、其特点是延展性好，可用于支柱部件等凸肚成 及涂层烘烤的强度(如图 4)，部件强度与热冲压部件
形部件的高伸长性 DP 组织钢板。高 λ 型虽然也是 相同，完全可以替代热冲压部件。
DP 组织，但因其 YP 高、伸长、扩孔性的平衡，被 广泛应用于制造凸肚成形部件、座椅部件材料等。 超高λ型钢板的扩孔率超过 TS440MPa 冷轧钢板， 不仅可以取代原有的仅能使用软钢、铝等低强度材 料制造的机械，还可以实现汽车用座椅梁的轻型 化，而且由于减少了焊接工序还降低了部件生产成
900 1 020 7 100 0.09
1 180 JFE-CA1180Y2 JSC1180Y 低 YR 1.2
950 1 210 14 30 0.23
JFE-CA1180SF － 高 λ 1.6 1 030 1 230 7 60 0.17
1 370 JFE-CA1370
－
－ 1.6 1 130 1 450 7 60 0.23
JFE 公司为适应汽车用部件的发展需求，研制 开发了高成形性 TS980MPa 冷轧钢板。并且为了适 应部件材料的特殊要求，如表 2 所示，生产了低
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YR（屈服比）型、高 λ（扩孔率）型及超高 λ 型 伸长－扩孔性仍与普通 TS980MPa 高强钢相同。冲
3 种 TS980MPa 钢板。低 YR 型，是指 YP（屈服点） 压成形时，大幅提升了加工变形出现的高加工硬化
高 λ 1.2
430 810 22 30 0.15 600 830 19 80 0.12
JFE-CA980Y2 980 JFE-CA980SF
JSC980Y
低 YR 高λ
1.2 1.2
610 1 010 18 30 0.18 740 1 020 15 60 0.18
JFE-CA980SF2 － 超级 λ 1.2
1 470 JFE-CA1470
－
－ 1.6 1 200 1 510 7 60 0.23
YP：屈服点；TS：拉伸强度；EL：伸长率。
*1 日本钢铁协会标准；*2 拉伸试样：横向，JIS 5 号；*3：扩孔率参照 JFST 1001；*4 点焊 C 当量：Ceq＝1.5C＋P＋3S
使用 WQ-CAL 最大的优点在于可以设计低 C 当 量成分，将 C 等添加元素降至最低，这样可以确保 超高强钢板焊接部位的完整性。图 2 为添加了元素 后对点焊十字拉伸特性的影响。增加 C、P 和 S 量会 加速焊接部位十字拉伸试验时焊点内断裂、降低焊 接 强 度 。 JFE 钢 铁 公 司 的 超 高 强 钢 ， 强 度 超 过 TS780MPa 后，也会出现这种问题，为了维持焊点 内断裂状态，必须开展严格的材料设计管理，将 C 当量设定在图 2 所示范围（Ceq≤0.23）内。至于 TS1180MPa 以上超高强钢在腐蚀环境内易出现延迟 断裂的情况，可以通过低 C 当量成分设计及回火马 氏体组织控制来克服。
4 结论
涂层又大幅度提高了强度，从而使本钢种代替热冲 压部件的想法变为可能。
为提高最近开发的汽车的轻量化及冲撞安全
付亚君摘译自《JFE 技报》（No.16），2007 年 6
性，主要介绍了具有良好成形性的 TS980MPa 及 月 P16～20
(上接第 30 页) 本钢冷轧厂精整机组的矫直机主要由矫直机
钢板强度增大时 C 含量增加，点焊部位脆化， 而拉伸应力又会加剧焊点内部断裂，导致焊接强度 降低。因此，为完全确保焊接部位的强度，必须将 C 当量设成较低等级。
TS1180MPa 以上的超高强钢板在腐蚀环境中 容易出现延迟断裂，为改善这种情况，必须采用低 C 当量成分设计及回火马氏体组织控制。
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γ相 α相
退火 水冷
γ相：奥氏体相 α相：铁素体相
水冷槽
γ体积控制 回火后马氏体
回火 时间
M（马氏体）相
图 1 WQ-CAL 标准热循环及简单显微结构
文章介绍了 JFE 公司生产的能够充分提高汽车 车体轻型化及抗冲撞安全性能的 TS780-1470MPa 冷轧钢板，并特别介绍了最近应用到车厢周围车体 结构件的 TS980MPa 及 TS1180MPa 级钢板，以及 进行材料设计时的基本想法、钢板特性。
的基础上还可以达到与 TS580MPa 冷轧钢板相同的 扩孔性。采用降低组织间硬度差的方法，既可以冲 孔时抑制断裂面附近产生初期的微小空隙，也可以
已破坏 未破坏
延迟破坏条件
浸入氢 0.4ppm
在进行扩孔加工时抑制微小空隙的产生及连接，用 已有的铁素体维持适当的延展性。 3.2 适用于汽车车体结构件的 TS1180MPa 冷轧钢
表 3 新开发的 TS1180MPa 冷轧钢板与原有钢板机械性能对比
JFE 钢标准 厚度
机械性能
/mm YP/MPa TS/MPa El/%
新钢 JFE-CA1180Y2 1.2 950 1 210 14 旧钢 JFE-CA1180SF 1.6 1 030 1 230 7
2%应力－170℃×20min
支持应力/MPa
0.1ppm (真实环境)
板
JFE 钢铁公司针对汽车车体结构件轻型化的要
弯曲率/mm
求，开发了具有良好冲压成形性的 TS1180MPa 高 强度冷轧钢板。如表 3 所示，与原有的 TS1180MPa 高强冷轧钢板相比，伸长率提高了 1.5 倍以上，但
图 5 最新开发的 TS1180MPa 超高强钢的 延迟破坏条件
图 3 为伸长－扩孔性平衡品种展开图。这 3 种 TS980MPa 冷轧钢板与原有材料相比，伸长、扩孔 率平衡性已经得到大幅度改善。普通的 DP 组织型 高强钢板，提高伸长率就会导致扩孔率不佳，这两 种特性只能折中选择。高λ型 TS980MPa 钢板是以 DP 组织为基础，降低铁素体与马氏体的强度差， 选择适当的马氏体体积分率，在保持良好的伸长性
1 车体结构件用钢板必需的特性
车厢周围车体结构件必须使用 TS780MPa 以上 的高强冷轧钢板，以确保抗冲撞的特性。此种车体 结构件用钢板必需的特性包括： 1)冲压成形性。2) 弹性变形回复性。3)点焊性。4)耐延迟破坏性。
冲压成形性根据使用结构件的不同对钢板特 性也有不同的要求。例如：以中间支柱为代表的凸 肚成形部件，需要具有良好延伸性的高伸长型钢 板；而构件类的伸长翻外缘加工需要高扩孔型钢 板。特别是 TS1180MPa 冷轧钢板，主要用于以轧 制成形等弯曲加工为主体的保险杠、加固部件等； 而车厢周围车体结构的部件，则需要延伸性能更好 的钢板。
及耐延迟断裂特性。
1)。
表 1 TS780-1470MPa 级冷轧高强钢列表
TS JFE 钢标准 JFS 标准*1 类型 等级
厚度
机械性能*2
Ceq*4
/mm YP/MPa TS/MPa El/% λ/%*3 /mass%
780 JFE-CA780Y2 JSC780Y 低 YR 1.4
JFE-CA780SF
与冲压成形性同样重要的特性是弹性变形回 复性，高强冷轧钢板冲压成形时会出现弹性变形回 复，随之即出现产品尺寸精度变低的问题，影响以 后的安装及焊接工序。因此，汽车厂家也曾在进行 冲压成形时考虑避免弹性变形回复，但因材料强度 不均未能解决弹性变形回复的难题。为改善这一状 况必须使用材料强度较均一的高强冷轧钢板。
Hale Waihona Puke 2)TS1180MPa 开发钢板与以往的 TS1180MPa
迟破坏领域仍未解决的问题。作为汽车用冲压部件 钢板相比较，拉伸性提高了 1.5 倍以上，还拥有与
的开发钢板除了要满足通常的使用条件外，也要求 普通的 TS980MPa 钢板相同的拉伸性、扩孔性。另
具有良好的延迟破坏性。
外，冲压成形时产生的加工变形提高了加工硬化，
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低碳设计，并使钢板拥有了延迟破坏特性、焊接性 TS1180MPa 超高强冷轧钢板的使用事例。
等优越的性能。通常，具有延迟破坏特性的钢板，
1)开发钢板的优越性在于向客户提供与实际
在材质上加工变形、负荷应力，环境都会对氢浸入 部位相适应的优质部件。
量造成影响。图 5 所示为开发的 1180MPa 钢板在延