在今年全國政協(xié)十三屆五次會議期間，“汽車行業(yè)怎樣在國民經(jīng)濟中發(fā)揮更強的帶動作用？”成為委員們關心和熱議的話題。
從汽車用鋼及其生產(chǎn)加工來看，隨著先進高強鋼在汽車車身上應用比例的大幅提升，發(fā)生邊緣開裂的現(xiàn)象也越來越多。對此，中信金屬公司主管汽車材料研發(fā)的路洪洲表示，邊緣開裂現(xiàn)象給先進高強鋼的工程應用帶來3個問題。一是整車制造企業(yè)和原材料企業(yè)之間質量異議增加。整車制造企業(yè)認為某原材料企業(yè)的材料相較于其他供應商存在缺陷，而鋼廠則認為給其他主機廠供應的產(chǎn)品在沖壓成型上沒有問題，失效的原因是零件設計或模具設計的問題。二是零件邊緣開裂背后的科學問題沒能研究清楚，導致鋼種優(yōu)化和零件優(yōu)化設計遲緩。三是拉長汽車開發(fā)周期，成本增加。
目前，“預測和預防先進高強鋼零件邊緣開裂”依然是一個世界性工程難題，其原因是先進高強鋼零件邊緣開裂涉及金屬材料技術、材料性能評價技術、模具及成形模擬技術、商業(yè)成形模擬軟件開發(fā)等多個工程領域，特別涉及冶金學、力學等基礎學科，對研究人員的技術水平要求較高。目前，針對雙相鋼等先進高強鋼邊緣開裂問題，國內外汽車主機生產(chǎn)廠已經(jīng)形成了兩大技術共識：一是傳統(tǒng)的材料成形卡片不能預測先進高強鋼的邊緣開裂。二是提升材料擴孔率可以有效地降低先進高強鋼邊緣開裂的風險。
材料擴孔率測量方法新標準出臺
沖壓零件剪切邊產(chǎn)生開裂是由于在下料時，料片邊緣會產(chǎn)生毛刺及微裂紋等機械損傷。在零件成型過程中，嚴重的機械損傷會進一步導致零件邊緣部位承受拉伸載荷的能力顯著下降，從而發(fā)生失效現(xiàn)象。通常，提高材料的擴孔率或者選擇高擴孔率的鋼材可以改善或解決零件邊緣開裂問題。但事實上，現(xiàn)有GB/T 24524及ISO 16630汽車鋼板擴孔測試標準存在設計和操作方面的缺陷，導致很難測準，且人為因素影響過大，不同實驗室和不同實驗人員測試得到的同一材料的擴孔率差異很大，這種測試結果的不確定性和波動性廣受非議。所以，盡管主機廠已經(jīng)認識到擴孔率的重要性，但依舊沒有將其設定為原材料企業(yè)供貨協(xié)議的指標。
對此，路洪洲和國內同行開展了一系列相關測試研究，并與東風商用車、上汽大眾等主機廠，以及中國寶武、首鋼等鋼企聯(lián)合起草了《汽車用鋼先進高強鋼薄板和薄帶擴孔試驗方法》團體標準，創(chuàng)新地采用固定行程加載方法和裂紋有無判斷標準，對相關定義、測試過程及操作等做出更為明確的規(guī)定。該團體標準經(jīng)過多種汽車鋼板的多次驗證，確保了材料擴孔率測量精準性和可對比性，為解決零件的剪切邊開裂問題奠定了基礎，并提供可靠的基礎數(shù)據(jù)，為主機廠和原材料供應商提供雙方均認可的測試方法及評估指標，減少或防止相關質量異議發(fā)生。
解決鋼板剪切邊開裂問題離不開含鈮鋼
路洪洲認為，鈮微合金化配合軋制和退火工藝控制可以有效減輕調控雙相鋼中鐵素體和馬氏體的硬度、體積分數(shù)及形態(tài)，減少帶狀組織，進而明顯提高雙相鋼的擴孔率，高擴孔雙相鋼的鈮含量一般在0.02%~0.04%。同時，碳氮化鈮的納米級析出可以成為有效的高能氫陷阱，鈮微合金化的晶粒細化可以有效降低單位晶界長度的氫密度，抑制可擴散氫的量和聚集，進而有效抑制先進高強度鋼和超高強度鋼的氫脆。另外，對于具有更高延伸率的DH鋼和Q&P鋼，鈮還有穩(wěn)定殘余奧氏體的作用，在保證均勻延伸率的同時，保證局部延伸率，兼顧了材料的拉伸性能和抗剪切邊開裂能力。
生產(chǎn)實踐證明，采用鈮微合金化工藝無疑是提升雙相鋼擴孔率的重要解決方案之一，為解決雙相鋼零件的剪切邊緣開裂問題奠定了材料基礎。
除了建立新的擴孔率行業(yè)標準和開發(fā)高擴孔率雙相鋼以外，路洪洲及其合作伙伴在他們開發(fā)的“汽車車身正向選材”系統(tǒng)基礎上，開發(fā)了一套新的材料本構模型，將材料的外徑初始裂紋擴孔率作為主要材料參量直接輸入到該本構模型中，得到新的橢圓形FLD（成形極限圖）曲線，可精準預測先進高強度鋼零件剪切邊緣開裂狀態(tài)。以某合資主機廠零件前縱梁剪切邊開裂的解決為例，其材料選擇了不含鈮的DP780，在實際生產(chǎn)中發(fā)生了邊緣開裂現(xiàn)象，零件報廢率一度超過40%。而對采用高擴孔率（28%）的含鈮的DP780鋼板進行沖壓仿真分析，新材料卡片的邊緣開裂預測結果顯示，前縱梁發(fā)生邊緣開裂的風險大大降低，在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)最大0.2毫米的微裂紋，但是零件報廢率降為零。由此可見，采用擴孔率測試方法、新的材料卡片，再通過優(yōu)化材料化學成分和工藝，可改善并解決零件的邊緣開裂問題。
相信這一創(chuàng)新的成套解決方案將引領我國沖壓領域相關技術發(fā)展，有助于解決困擾國內外多年的世界性技術難題，為我國汽車行業(yè)和沖壓工業(yè)的高質量發(fā)展做出貢獻。
