閆 偉，周世龍，鄧宗吉

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，安徽 馬鞍山 243000）

隨著我國汽車消費(fèi)量的迅速增加，汽車已成為世界能源消耗和污染物排放的主要來源，為了減輕對(duì)環(huán)境的污染實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，汽車的輕量化越來越受到大家的重視。有研究表明，汽車自重每減少10%，燃油經(jīng)濟(jì)性改善6%～8%,排放降低5%～6%，而燃油消耗每降低1 L，CO2排放量降低2.45 kg，可見汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段[1]。

汽車輕量化是在保證汽車整體質(zhì)量和性能不受影響的前提下，最大限度地減輕各零部件的質(zhì)量，在降低燃油消耗、減少排放污染的同時(shí)，滿足高輸出功率、低噪聲、低振動(dòng)、良好的操縱性以及高可靠性等綜合指標(biāo)。汽車輕量化技術(shù)主要分為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料的應(yīng)用和先進(jìn)制造工藝[2]。其中變厚度軋制技術(shù)作為先進(jìn)制造工藝的一種方式已運(yùn)用到車身件制造過程中[3]；同時(shí)，熱成形鋼因其熱沖壓后的超高強(qiáng)度也成為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的主要手段，廣泛應(yīng)用于汽車B柱、A柱、車門防撞梁等零件。目前主流熱成形鋼產(chǎn)品為鋁硅鍍層熱成形鋼,應(yīng)用最為廣泛的Arcelor Mittal的Usibor1500P+AS，典型鍍層厚度25 μm（鍍層代碼AS150），各主機(jī)廠、鋼鐵企業(yè)等紛紛開展了該產(chǎn)品的變厚度軋制等研究，但更薄鍍層變厚度軋制相關(guān)研究較少，本文利用薄鋁硅鍍層熱成形鋼開展變厚度軋制，研究在不同壓下率條件下鋁硅鍍層結(jié)構(gòu)、基體顯微組織、力學(xué)性能及冷彎性能的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料選用某鋼廠生產(chǎn)的薄鋁硅鍍層熱成形鋼，原板厚度為1.80 mm，鍍層厚度為單面40 g/m2（鍍層代碼AS80），基板為22MnB5，化學(xué)成分見表1。

表1 試驗(yàn)材料主要化學(xué)成分 %

利用上述材料分別開展15%、30%、45%壓下率條件下的軋制，軋后厚度分別為1.53 mm、1.26 mm和0.99 mm；采用同一種熱處理工藝，即加熱溫度930℃，保溫時(shí)間4 min，使用平板模具冷卻到室溫，后續(xù)模擬成形件烤漆過程在170℃下烘烤20 min。利用Axio Imager M2 m和QUANTA450觀察鍍層結(jié)構(gòu)、基體顯微組織。拉伸試驗(yàn)沿垂直軋制方向取樣，按照GB/T 228.1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》P5試樣進(jìn)行加工，利用Zwick Z600電子拉伸試驗(yàn)機(jī)完成力學(xué)性能檢測(cè)。依據(jù)VDA238-100技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在冷彎試驗(yàn)機(jī)上沿垂直軋制方向開展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，試樣長寬尺寸為60 mm×60 mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 壓下率對(duì)軋硬態(tài)鍍層結(jié)構(gòu)和基體組織的影響

圖1為試驗(yàn)材料在不同壓下率下鍍層結(jié)構(gòu)變化顯微組織。根據(jù)能譜分析可知，鍍層結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外分別為Fe-Al合金層、Fe-Al-Si合金層、Al層和彌散分布在Al層中的Fe-Al-Si合金相[4]。通過觀察鍍層顯微組織可以發(fā)現(xiàn)，隨著壓下率的增加，鍍層厚度隨之減薄，其中硬相Fe-Al-Si合金層出現(xiàn)不連續(xù)甚至破碎現(xiàn)象[5]。通過測(cè)量鍍層厚度變化可知，壓下率與鍍層減薄率呈一定相關(guān)性，15%、30%、45%壓下率下鍍層減薄率分別為14.5%、28.2%、39.5%。

圖1 不同壓下率下鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織

基體顯微組織，主要為珠光體和鐵素體，0%壓下率下晶粒沿軋制方向有一定變形，呈帶狀分布。隨著壓下率增加，組織晶粒變形嚴(yán)重，沿軋制方向帶狀分布現(xiàn)象更加明顯。

2.2 壓下率對(duì)熱處理態(tài)基體組織和鍍層結(jié)構(gòu)的影響

圖2為熱處理后不同壓下率條件下的基體顯微組織。在對(duì)軋硬態(tài)試驗(yàn)鋼進(jìn)行加熱930℃并且保溫4 min的過程中，基體組織實(shí)現(xiàn)完全奧氏體化，平板淬火后形成完全馬氏體組織。隨著壓下率的增加，馬氏體組織變得粗大。同時(shí)，因軋制產(chǎn)生的帶狀組織消失。

圖2 不同壓下率下熱處理態(tài)基體顯微組織

圖3為熱處理后不同壓下率條件下鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織和厚度變化情況。通過測(cè)量分析可知，熱處理后鍍層總厚度變化不大，0壓下率的鍍層厚度為16.91 μm，15%壓下率的鍍層厚度為16.48 μm，30%壓下率的鍍層厚度為16.72 μm，45%壓下率下的鍍層厚度為16.95 μm；與基體接觸的擴(kuò)散層則隨著壓下率的增加而厚度變大，0%壓下率下的擴(kuò)散層厚度為7.1 μm，15%壓下率下的擴(kuò)散層厚度為7.2 μm，30%壓下率下的擴(kuò)散層厚度為8.7 μm，45%壓下率下的鍍層厚度為10.4 μm。主要原因是在同一熱處理工藝下，較大壓下率的鍍層與基體相互擴(kuò)散更充分，使得鍍層總厚度變化不大，而擴(kuò)散層逐漸變厚。因變厚度軋制導(dǎo)致鍍層出現(xiàn)裂紋甚至破損現(xiàn)象經(jīng)熱處理后得到修復(fù)，重新呈現(xiàn)連續(xù)分布狀態(tài)。

圖3 不同壓下率下熱處理態(tài)鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織

2.3 壓下率對(duì)熱處理態(tài)力學(xué)性能的影響

試驗(yàn)鋼初始力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度424 MPa、抗拉強(qiáng)度583 MPa、斷后延伸率22.8%。經(jīng)變厚度軋制后，試驗(yàn)鋼由于加工硬化現(xiàn)象，其強(qiáng)度顯著提高，韌性變差；壓下率越大，以上現(xiàn)象更明顯。經(jīng)熱處理后，不同壓下率下的試驗(yàn)鋼力學(xué)性能顯著提高，屈服強(qiáng)度≥1 215 MPa、抗拉強(qiáng)度≥1 527 MPa、斷后延伸率≥5.6%，見圖4。

圖4 不同壓下率下試驗(yàn)鋼力學(xué)性能

3 結(jié)論

1）軋硬態(tài)鍍層厚度減薄率隨壓下率增加而變大；當(dāng)壓下率增加大一定程度時(shí)，硬相Fe-Al-Si合金層出現(xiàn)不連續(xù)甚至破碎現(xiàn)象。

2）在相同熱處理?xiàng)l件下，鍍層結(jié)構(gòu)總厚度變化不大，與基體接觸的擴(kuò)散層則隨著壓下率的增加而厚度變大；鍍層破損現(xiàn)象得到修復(fù)。基體組織為全板條狀馬氏體。

3）經(jīng)熱處理后的材料強(qiáng)度得到顯著提升，屈服強(qiáng)度≥1 215 MPa，抗拉強(qiáng)度≥1 527 MPa，斷后延伸率≥5.6%，均滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。