汽車車身熱軋板的合金化與性能研究

1、汽車車身熱軋板的合金化與性能研究徐磊楊秀麗吉林科技職業(yè)技術學院汽車分院長春汽車工業(yè)高等?？茖W校汽車工程系摘要：通過光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、拉伸力學性能和沖擊性能測試等手段，對比 研究了 nb對汽車車身熱軋板的顯微組織和力學性能影響，探討了 nb元素的作用 機理。結果表明，在汽車車身板中添加一定含量的nb元素可以顯著細化晶粒， 細化珠光體片層間距，并使珠光體片層更加平直;添加一定mb元素后，熱軋板 的屈服強度和抗拉強度分別提高了 37%和54%,斷后伸長率和斷面收縮率也有所 提升，拉伸斷口屮韌窩更加細小、均勻，且深度更深;沖擊性能提高了 52.6%, 這主要與細晶強化和第二相強化有關。關鍵詞

2、：汽車;熱軋板;合金化;組織;性能;作者簡介：徐磊（1983-）,吉林長春人，講師.研究方向:汽車材料等.電 話 e-mail:xulciycilotmail. com收稿日期:2016-12-04alloying and properties of hotrolled steel plate for automobileframexu lei yang xiuliautomotive branch, jilin science & technologyvocational technical college; department ofautomobilng

3、ineexing, changchunautomobi 1 eindustry insititute;abstract：the nb element for microstructure and mechanical properties of hot rolled st eel plate were investigated, and the action mechanism of nb element was analyzed by optical microscopy, seanning electron microscopy, tensile mechanical properties

4、 and impact properties testing. the resul ts show that add ing a ccr tain amo unt of nb clcmc nts to the auto mobile frame steel pla tc can significantly refine the grain, to refine the laminar spacing, and to make the pearlite layer more flat. add a certain element of nb elements, yield strength an

5、d tensile strength of hot rolled plate increase by 37% and 54%, respectively. elongation emd reduction of area is also increasing, the dimples in freicturc is smaller and more uniform，and even deeper. the impact performance increase about 52.6%, which is mainly relate to the fine grain strengthening

6、 and second phase strengthening.keyword：automobile; hot rolled plate; alloying; microstructure; properties;received： 2016-12-04隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和對安全性能要求的提高，汽車車身板的研發(fā)工作在 不斷進行著，從前的高強度鋼板，拉伸強度雖高于低碳鋼板，但延伸率只有后 者的50%,故只適用于形狀簡單、延伸深度不大的零件ul為了減輕汽車車身 的質量并提高汽車安全性能，發(fā)展高強度鋼板成為了減小車身鋼材用量的重要 途徑，其屮，目前使用較多的是采用加p高強度鋼，因其具有較好的深沖

7、成型 性能且價格較低，然而其較低的強度和塑性在一定程度上限制了其更廣泛的應 用，較為可行的方法是采用合金化和改變軋制工藝也本文以nb為合金化元 素，通過對比不含nb和含nb熱軋加p鋼板的顯微組織和力學特性，以期進一步 為提升汽車車身板的強度和塑性，増強汽車安全保障性能提供必要的參考。1材料與試驗方法根據(jù)寶鋼企業(yè)標準q/bqb 411-2016制備了兩種汽車車身板用熱軋鋼板(厚度為 5 mm),其中一種為不含nb的鋼板，另一種為含nb鋼板，具體化學成分如表1。表1汽車車身熱軋板的化學成分w (%) tab. 1 chemical composition of hot rolled steel p

8、late for automobile frame下載原表金相試樣取自熱軋板中心橫向部位，經過砂紙逐級打磨、機械拋光和4%硝酸酒 精腐蝕后，用去離子水沖洗然后吹干，在奧林巴斯gx51金相顯微鏡上觀察;采 用口本電子it-300型鵠燈絲掃描電子顯微鏡對熱軋板表面形貌和斷口形貌進行 觀察;常溫拉伸力學性能測試在css-88500液壓伺服電子萬能拉伸試驗機上進行, 拉仲速率為1. 5 mm/rnin,以3組試樣平均值作為測試結果;按照國標 gb/t229-1994進行v型沖擊試樣的制備，并采用英斯特朗auto xbiax全自動接 觸式沖擊試驗機進行熱軋板v型沖擊性能試驗。2試驗結果與分析圖1為兩種汽

9、車車身熱軋板的金相顯微組織。對于不含壯熱軋板，組織為等軸 多邊形鐵素體和少量珠光體，其中珠光體主要在晶界處均有分布，尺寸較為細 小，沒有發(fā)現(xiàn)帶狀組織，晶粒大小較為均勻;對于含w熱軋板，組織為多邊形 鐵素體和少量條狀珠光體，相對而言，添加nb元素后的熱軋板的晶粒尺寸更加 細小。采用截點法對兩種熱軋板的晶粒尺寸進行統(tǒng)計，不含nb和含nb熱軋板的 平均晶粒尺寸分別為13.6mn和6.7 u m。由此可見，在汽車車身板中添加一定 含量的nb元素可以顯著細化晶粒。對不含nb和含nb熱軋板中的珠光體進行掃描電子顯微鏡觀察，結果如圖2。對 于不含nb熱軋板，珠光體片間距約為0. 17 u叭對于含nb熱軋板，

10、珠光體片間 距約為0. 12unio由此可見，添加nb后的熱軋板中的珠光體片層間距明顯減小, 此外，添加nb的熱軋板中的珠光體片層更加平直。綜合而言，nb元素的添加可 以細化珠光體片層間距，且珠光體片層更加平直，有助于提高熱軋板的強度和 塑性4。表2為兩種汽車車身熱軋板的常溫拉伸力學性能。對不含nb的熱軋板而言，抗 拉強度、屈服強度分別為415 mpa和295 mpa,斷后仲長率和斷面收縮率分別為 31%和44%;對于含nb的熱軋板而言，抗拉強度、屈服強度分別為638 mpa和501 mpa,斷后伸長率和斷面收縮率分別為34%和50%。由此可見，在汽車車身熱軋板 中添加一定元素的w元素后，熱軋

11、板的屈服強度約提高了 37%、抗拉強度約提 高了 54%,而斷后伸長率和斷面收縮率都有所提升，因此在汽車受到高外加力 時，可以具有更好的抵抗變形的能力，從而保障車身具有更好的安全性能。這可 能是由于添加nb元素后可以明顯細化熱軋板的晶粒，起到細晶強化作用，此外, nb元素可以與熱軋板中的c、n元素形成彌散第二相而起到第二相強化作用5。表2汽車車身熱軋板的常溫拉伸力學性能tab. 2 tensile mechanical proper tics at room tc mpcra turc of hot rolled steel pla tc下載原表 對不含nb和含nb汽車車身熱軋板進行斷口形貌觀

12、察，結果如圖3o對于不含nb 熱軋板而言，斷口中可見尺寸較大的韌窩，且韌窩較淺;對于含nb熱軋板而言， 斷口中可見細小均勻分布的韌貫，且韌貫相對較深。兩種汽車車身熱軋板的斷口 形貌中都可見等軸韌窩，沒有發(fā)現(xiàn)夾雜或者裂紋缺陷存在，但是相對而言，添 加nb元素后的熱軋板屮的韌窩更加細小、均勻，且深度更深，表現(xiàn)出更加優(yōu)良 的韌性特征回。這與表2的汽車車身熱軋板的常溫拉仲力學性能測試結果保持 一致。圖1汽車車身熱軋板的金相組織fig. 1 microstructure of hot rolled steel plate下載原圖圖2汽車車身熱軋板中珠光體的sem形貌fig. 2 sem mor pho

13、1 ogy of pearl ite in hot rolled steel plate for automobile frame下載原圖圖3汽車車身熱軋板的拉伸斷口形貌fig. 3 tensile fracture morphology of hot rolled plate for automobile frame 卜載原圖 表3為不含nb和含nb熱軋板的常溫沖擊性能測試結果。根據(jù)測試結果可知，不 含nb的熱軋板的三組試樣的平均沖擊功為97 j,而含nb的熱軋板的三組試樣 的平均沖擊功為148 jo相對而言，添加nb后的汽車車身熱展板的沖擊性能提 咼 了 52. 6%<>表3汽

14、車車身熱軋板的室溫沖擊性能tab. 3 impact properties of hot rol led steel platc at room temperaturc下載原表對不含nb和含nb熱軋板的常溫沖擊斷口形貌進行觀察，結果如圖4。低倍下， 不含5的熱軋板沖擊斷口中可見明顯的分離斷裂特征，沒有發(fā)現(xiàn)剪切唇;高倍 形貌屮可見斷口屮存在明顯的河流狀解理斷裂特征，形成的原因主要是由于各 個晶粒的空間位向不一致，在裂紋擴展到晶界后，在應力集中處產生斷裂，裂 紋在擴展過程中發(fā)生交匯而形成高低不平的解理臺階。對于添加nb的熱軋板而 言，低倍沖擊斷口形貌中可見明顯的剪切唇，斷口起伏較大;高倍形貌中可見

15、明 顯的剪切韌窩和撕裂棱，表現(xiàn)出典型的韌性斷裂特征，屬于韌窩微孔聚集型斷 裂。相比較而言，添加nb的熱軋板的沖擊斷口屮可見較深的韌窩、局部區(qū)域還 可見細小韌窩和撕裂棱，而不含nb的熱軋板沖擊斷口中可見河流狀解理面，前 者為韌性斷裂，后者為脆性斷裂，因此，在沖擊性能上含nb的沖擊功要明顯大 于不含nb的熱軋板。圖4汽車車身熱軋板的沖擊斷口形貌fig. 4 impact fracture morphology of hot rolled steel plate下載原圖3結論(1) 不含nb和含nb熱軋板的平均晶粒尺寸分別為13. 6 um和6. 7 u m,在汽車 車身熱軋板中添加一定含量的nb元

16、素可以顯著細化晶粒*b元素的添加可以細 化珠光體片層間距，且珠光體片層更加平直，有助于提高熱軋板的強度和塑性。(2) 對于不含nb的熱軋板而言，抗拉強度、屈服強度分別為415 mpa和295 mpa, 斷后伸長率和斷面收縮率分別為31%和44%;對于含nb的熱軋板而言，抗拉強度、 屈服強度分別為638 mpq和501 mpa,斷后伸長率和斷面收縮率分別為34%和 50% o(3) 不含nb的熱軋板的3組試樣的平均沖擊功為97 j,而含nb的熱軋板的3 組試樣的平均沖擊功為148 jo參考文獻1 李光瀛，馬鳴圖我國汽車板生產現(xiàn)狀及展望j軋鋼，2014, 32(4) :22-32.2 汪福成,郭愛民含錠低合金鋼在武鋼的研制與發(fā)展j鋼鐵研究,2010, 38 (1) : 58-62.