DP1180和QP1180鋼組織與力學性能的比較

唐帆

（華電曹妃甸重工裝備有限公司，河北唐山063210）

近年來，汽車產業發展迅猛，汽車的發展方向集中在節能、減排、降重和提高安全性。通過增強汽車構件強度與性能提高安全指數，通過減輕車重降低油耗、節約能源與資源并利于環保已經成為行業的共識。幾十年來，汽車企業一直致力于優化汽車用鋼的性能、成本與資源。目前汽車用高強鋼占整車身的比例已達60%，在這種趨勢下，先進高強鋼成為汽車行業首選。

DP（Dual Phase）鋼是第一代汽車用鋼，是汽車用鋼的一大進步，DP鋼具有強度高、延展性好和高應變硬化優良的特點，正是由于這些特點集于一身，保證DP鋼具有非凡的性能，不僅提高了汽車遭受撞擊的安全性，還實現了減輕車重的目的。

QP（Quenching and Partitioning）鋼是第三代汽車用鋼，QP鋼的設計生產從資源、環境和成本角度出發，更加注重的是可循環及環保制造等，即低合金含量的成分簡單化、高強韌性的結構輕量化，同時更加注重通過精細的工藝控制與組織調控獲得高強韌性能力。本文對DP1180鋼和QP1180鋼組織與力學性能進行比較分析。

1 試驗材料和方法

試驗材料采用厚度δ=2 mm的DP1180鋼和QP1180鋼，試驗用鋼的化學成分如表1所示。

表1 試驗用鋼的化學成分(wt.%)

首先將試樣切割為20 mm×10 mm×2 mm，沿軋制方向側面進行取樣，然后沿軋制方向將試樣鑲嵌、研磨、拋光，用4%的硝酸酒精浸蝕吹干，在型號為4XB的光學顯微鏡下觀察試驗鋼的顯微組織。

拉伸試驗環境為空氣，溫度為室溫，應變速率為1×10-3s-1。試驗設備為WAW-600萬能試驗機。試樣加工尺寸參照國家標準GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，試樣標距段長80 mm，試樣表面要求打磨到800#砂紙。

2 試驗結果與分析

如圖1所示，（a）為DP1180鋼的顯微組織，從圖中可以看到其組織主要為馬氏體（M）和鐵素體（F），其中灰色區域為馬氏體組織，白色多邊形區域為鐵素體組織。F為基體相，島狀M分布于其上。(b)為QP1180鋼的顯微組織，從圖中可以看到其組織主要為馬氏體（M）、鐵素體（F）和極少量殘余奧氏體（Ar），圖中的白色多邊形區域為鐵素體組織。

圖1 試驗鋼顯微組織

DP1180和QP1180鋼拉伸試驗結果如表2所示。從表2中可以看出，在空氣中1×10-3s-1應變速率下DP1180和QP1180鋼力學性能基本接近，DP1180鋼的抗拉強度（1 180 MPa）和屈服強度（1 012 MPa）稍高于QP1180鋼，但QP1180鋼斷后伸長率（6.6%）要高于DP1180鋼。這說明QP1180鋼的強度和DP1180鋼的強度基本接近，但其塑性要明顯好于DP1180鋼，這是由于QP1180鋼組織中存在著少量殘余奧氏體（AR），殘余奧氏體（AR）可以改善試驗鋼的塑性。

表2 DP1180和QP1180鋼拉伸試驗結果

此外，從表2中還可以發現QP1180鋼斷裂時間要大于DP1180鋼，這是由于QP1180鋼斷裂后伸長率更高一些，拉伸時間會隨著增加。拉伸前后的試樣實物照片如圖2所示。

圖2 拉伸前后的試樣實物

DP1180鋼和QP1180鋼中都有F和M，F為基體相，M以島狀的形式分布于其上，通常體積分數小于20%。當鋼遭到撞擊發生塑性變形時，M會發生相變，這將會激活在F/M界面上大量的可移動的位錯，隨后發生滑移，因此在宏觀角度上體現出來的就是在低應力狀態下發生了屈服。DP1180鋼在生產過程中需要分步冷卻，第一階段冷卻速度較慢，DP1180鋼中F中的碳原子（C）可以充分向奧氏體（A）中擴散，在獲得穩定A的同時，還得到了純凈的F。由此可知，當位錯在F中滑移時，沒有遇到碳化物釘扎作用的阻攔，因此，從宏觀上體現出了連續屈服現象。隨著塑性變形繼續增加，F內部位錯密度急劇增多，集中在F/M界面上并產生塞積，同時導致應力持續增加，當M受到應力值達到其屈服極限時，M將會發生塑性變形，由于M發生塑性變形會緩解相界面上的應力集中；但當相界面上的位錯塞積產生的應力集中M變形方向不一致時，會在相界面上出現空穴，該空穴將成為位錯的“陷阱”，也會降低應力集中現象。因此，DP1180鋼和QP1180鋼具有較高的屈服強度和抗拉強度。QP1180鋼在生產中進行淬火處理，再在Ms-Mf之間一定溫度等溫處理，造成C由M分配至Ar，這將會使Ar更加穩定，有效提高了鋼的塑韌性，所以QP1180鋼具有優良的伸長率。

3 結論

第一，DP1180鋼的顯微組織主要為馬氏體（M）和鐵素體（F）；QP1180鋼的顯微組織主要是馬氏體（M）、鐵素體（F）和極少量殘余奧氏體（AR）。

第二，在空氣中1×10-3s-1應變速率下DP1180和QP1180鋼的斷裂時間增加，延伸率也增加，屈服強度和抗拉強度幾乎相同。

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