鋅基鍍層超高強度鋼板熱沖壓汽車B柱加強板成形規律研究

張 雯，劉佳寧，喬軍平，栗 麗 Zhang Wen，Liu Jianing，Qiao Junping，Li Li

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鋅基鍍層超高強度鋼板熱沖壓汽車B柱加強板成形規律研究

張 雯，劉佳寧，喬軍平，栗 麗 Zhang Wen，Liu Jianing，Qiao Junping，Li Li

（北京汽車股份有限公司 汽車研究院車身部，北京 101300）

汽車輕量化是當今世界各國為實現節能減排、緩解環境污染而共同提出的一大舉措，其中超高強度鋼熱沖壓技術是實現汽車輕量化的主要途徑之一。利用鋅層超高強度鋼板進行B柱加強板試制試驗，當加熱溫度為900℃，保溫時間為500 s，轉移時間為7 s時，所得B柱外觀及力學性能最優。

汽車輕量化；鋅基鍍層超高強度鋼板；熱沖壓；B柱加強板

0 引 言

汽車輕量化是當今世界各國為實現節能減排、緩解環境污染而共同提出的舉措，鋼鐵行業目前也已經開發出多種高強度鋼板來適應這一舉措，其中超高強度鋼熱沖壓技術是實現汽車輕量化的主要途徑之一[1-2]。熱沖壓是指將坯料在加熱爐中加熱至900℃及以上，然后轉移到模具內進行沖壓、保壓、淬火，從而獲得馬氏體組織，其抗拉強度高達1 500 MPa。相比普通高強鋼，采用超高強鋼熱沖壓技術可使零件減重約20%～30%。但熱沖壓鋼板在加熱保溫過程中會產生表面脫碳和氧化起皮現象，增加了后續噴丸處理工藝，降低了生產效率。為防止鋼板表面的脫碳和起皮現象，提高沖壓成形件的耐蝕性，國內外各大鋼廠及高校分別研究帶鍍層的熱沖壓高強度鋼，其中Al-Si鍍層熱沖壓高強鋼應用較為普遍，而對鋅基鍍層超高強度鋼板研究較少。主要研究鋅基鍍層超高強度鋼板在某車型B柱加強板上的應用。

1 鋅基鍍層超高強度鋼板材料性能

在進行熱沖壓試驗前，需要清楚地了解原材料的性能，有必要精確測量材料的化學成分、金相組織和力學性能等。

1.1 化學成分

試驗材料為首鋼生產的1.2 mm厚鋅基鍍層超高強度鋼板，利用光譜儀測量其化學成分，結果見表1?；瘜W成分的標準范圍參考企業標準《BAS—518北汽熱成形鋼標準》，以下未做說明的標準范圍均出自該企標。

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表1 化學成分

1.2 金相組織

試驗所選材料原始組織由鐵素體和珠光體構成，如圖1所示。

圖1 原材料金相組織（500X）

1.3 力學性能

將鋅基鍍層超高強度鋼板根據《GB/T 228.1—2010金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》[3]中P6試樣要求制樣，所用萬能材料試驗機型號為CMT5605，環境溫度：19.3℃，濕度：37%RH。測試結果見表2，可以看出，該材料的力學性能符合標準要求。

表2 力學性能

1.4 維氏硬度

利用維氏硬度計對原材料的維氏硬度進行測試，結果見表3。

表3 維氏硬度 HV

通過對鋅基鍍層超高強度鋼板原材料進行分析，可以斷定其化學成分、力學性能及金相組織都滿足企業標準要求，故可以利用該材料進行B柱加強板試制試驗。

2 B柱加強板試制試驗及結果

采用西班牙ESSM 1000熱沖壓試驗機進行鋅基鍍層超高強度鋼板B柱加強板的試制試驗工作，重點介紹具體試制過程，并對各組方案試制結果進行分析。

2.1 B柱加強板試制過程

B柱加強板試制過程如圖2所示。試制采用級進模落料，提高了生產效率。具體試制過程為：由機械手將落好的坯料運送至加熱爐中進行加熱、保溫；然后機械手將加熱后的坯料運送至壓力機上進行沖壓，壓力機的沖壓速度是變化的，由剛接觸坯料的約150 mm/s降到沖壓結束前約50 mm/s；最后將沖壓完成的B柱加強板放置存儲區。該沖壓模具為一模兩件復合模，壓力機連續生產節拍為24 s。

圖2 B柱加強板熱沖壓試制示意圖

2.2 各組方案試制結果與評價

B柱加強板試制方案見表4。其中，1～3組試制主要研究轉移時間對零部件性能的影響規律；3～5組試制主要研究保溫時間對零部件性能的影響規律；6～7組主要研究加熱溫度對零部件性能的影響規律。

7組試制B柱表面狀況及原因分析的對比見表5。從表中分析及圖3試制零部件照片可以看出，第6組試驗方案所得產品外觀最好。

表4 7組試制工藝參數

表5 7組試制B柱表面狀況及原因分析對比

注：改變鋼板的轉移時間是想觀察不同初始溫度對試驗結果的影響，長時間生產后，模具表面開始附著白色物質。

3 中性鹽霧試驗

鹽霧試驗是一種利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料耐腐蝕性能的環境試驗，從而考核產品或金屬材料的耐鹽霧腐蝕質量。

該中性鹽霧試驗所用試驗機型號為Q-FOG CCT1100，具體試驗條件見表6。

表6 中性鹽霧試驗條件

將無鍍層與帶鋅基鍍層的超高強度鋼板進行模擬熱沖壓試驗，將試驗后的料片做成涂裝掛片（根據經驗，涂裝掛片長150～200 mm，寬100 mm），隨整車進行電泳、中涂，將涂裝后的料片在鹽霧試驗箱中進行中性鹽霧試驗。無鍍層與帶鋅基鍍層的超高強度鋼板中性鹽霧試驗前后對比如圖4所示，試驗240 h后，無鍍層的樣品邊緣有輕度紅銹，帶鋅基鍍層的樣品邊緣有輕度白銹。兩組樣品均滿足整車防腐要求，但是帶鋅基鍍層的鋼板防腐效果 更好。

圖3 試制零部件照片

圖4 無鍍層與鋅基鍍層各樣品中性鹽霧試驗前、后對比圖

4 結 論

1）測得鋅基鍍層超高強度鋼板材料的化學成分、力學性能及金相組織，原材料的理化性能均滿足企業標準的要求。

2）利用首鋼鋅基鍍層超高強度鋼板進行B柱加強板的試制試驗工作可以得出，當保溫時間為300 s時，熱沖壓鋼未發生完全的奧氏體化，導致產品帶花紋，表面顏色不一致；當保溫時間不變，隨著轉移時間增長，其表面開始出現銹蝕現象；當轉移時間不變，隨著保溫時間延長，熱沖壓鋼奧氏體化更加完全，產品表面花紋逐漸減少，待保溫時間增加到500 s時，產品正常，顏色一致，所得產品外觀較好。待最高加熱溫度增加到930℃時，鋅層脫落導致加熱爐內氣氛異常，影響了光柵的正常工作。第6組試驗方案所得產品外觀最好。

3）鋅基鍍層超高強度鋼板耐腐蝕能力明顯優于無鍍層超高強度鋼板。

[1]H Karbasian，A E Tekkaya. A Review on Hot Stamping[J]. Journal of Materials Processing Technology，2010，210（15）：2103-2118.

[2]張永亮，李雪剛，張鑫. 高強度鋼板熱沖壓成形研究與進展[J]. 汽車工藝與材料，2015（2）：41-46.

[3]金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法：GB/T 228.1-2010 [S].

2017-10-30

U468.2+1

A

1002-4581（2018）01-0039-04

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.01.011