在今年全國(guó)政協(xié)十三屆五次會(huì)議期間，“汽車行業(yè)怎樣在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮更強(qiáng)的帶動(dòng)作用？”成為委員們關(guān)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(jìn)高強(qiáng)鋼在汽車車身上應(yīng)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(duì)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(jìn)高強(qiáng)鋼的工程應(yīng)用帶來3個(gè)問題。一是整車制造企業(yè)和原材料企業(yè)之間質(zhì)量異議增加。整車制造企業(yè)認(rèn)為某原材料企業(yè)的材料相較于其他供應(yīng)商存在缺陷，而鋼廠則認(rèn)為給其他主機(jī)廠供應(yīng)的產(chǎn)品在沖壓成型上沒有問題，失效的原因是零件設(shè)計(jì)或模具設(shè)計(jì)的問題。二是零件邊緣開裂背后的科學(xué)問題沒能研究清楚，導(dǎo)致鋼種優(yōu)化和零件優(yōu)化設(shè)計(jì)遲緩。三是拉長(zhǎng)汽車開發(fā)周期，成本增加。

目前，“預(yù)測(cè)和預(yù)防先進(jìn)高強(qiáng)鋼零件邊緣開裂”依然是一個(gè)世界性工程難題，其原因是先進(jìn)高強(qiáng)鋼零件邊緣開裂涉及金屬材料技術(shù)、材料性能評(píng)價(jià)技術(shù)、模具及成形模擬技術(shù)、商業(yè)成形模擬軟件開發(fā)等多個(gè)工程領(lǐng)域，特別涉及冶金學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)研究人員的技術(shù)水平要求較高。目前，針對(duì)雙相鋼等先進(jìn)高強(qiáng)鋼邊緣開裂問題，國(guó)內(nèi)外汽車主機(jī)生產(chǎn)廠已經(jīng)形成了兩大技術(shù)共識(shí)：一是傳統(tǒng)的材料成形卡片不能預(yù)測(cè)先進(jìn)高強(qiáng)鋼的邊緣開裂。二是提升材料擴(kuò)孔率可以有效地降低先進(jìn)高強(qiáng)鋼邊緣開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

材料擴(kuò)孔率測(cè)量方法新標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)

沖壓零件剪切邊產(chǎn)生開裂是由于在下料時(shí)，料片邊緣會(huì)產(chǎn)生毛刺及微裂紋等機(jī)械損傷。在零件成型過程中，嚴(yán)重的機(jī)械損傷會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)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(kuò)孔率或者選擇高擴(kuò)孔率的鋼材可以改善或解決零件邊緣開裂問題。但事實(shí)上，現(xiàn)有GB/T 24524及ISO 16630汽車鋼板擴(kuò)孔測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)存在設(shè)計(jì)和操作方面的缺陷，導(dǎo)致很難測(cè)準(zhǔn)，且人為因素影響過大，不同實(shí)驗(yàn)室和不同實(shí)驗(yàn)人員測(cè)試得到的同一材料的擴(kuò)孔率差異很大，這種測(cè)試結(jié)果的不確定性和波動(dòng)性廣受非議。所以，盡管主機(jī)廠已經(jīng)認(rèn)識(shí)到擴(kuò)孔率的重要性，但依舊沒有將其設(shè)定為原材料企業(yè)供貨協(xié)議的指標(biāo)。

對(duì)此，路洪洲和國(guó)內(nèi)同行開展了一系列相關(guān)測(cè)試研究，并與東風(fēng)商用車、上汽大眾等主機(jī)廠，以及中國(guó)寶武、首鋼等鋼企聯(lián)合起草了《汽車用鋼先進(jìn)高強(qiáng)鋼薄板和薄帶擴(kuò)孔試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新地采用固定行程加載方法和裂紋有無判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相關(guān)定義、測(cè)試過程及操作等做出更為明確的規(guī)定。該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多種汽車鋼板的多次驗(yàn)證，確保了材料擴(kuò)孔率測(cè)量精準(zhǔn)性和可對(duì)比性，為解決零件的剪切邊開裂問題奠定了基礎(chǔ)，并提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為主機(jī)廠和原材料供應(yīng)商提供雙方均認(rèn)可的測(cè)試方法及評(píng)估指標(biāo)，減少或防止相關(guān)質(zhì)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(rèn)為，鈮微合金化配合軋制和退火工藝控制可以有效減輕調(diào)控雙相鋼中鐵素體和馬氏體的硬度、體積分?jǐn)?shù)及形態(tài)，減少帶狀組織，進(jìn)而明顯提高雙相鋼的擴(kuò)孔率，高擴(kuò)孔雙相鋼的鈮含量一般在0.02%~0.04%。同時(shí)，碳氮化鈮的納米級(jí)析出可以成為有效的高能氫陷阱，鈮微合金化的晶粒細(xì)化可以有效降低單位晶界長(zhǎng)度的氫密度，抑制可擴(kuò)散氫的量和聚集，進(jìn)而有效抑制先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的氫脆。另外，對(duì)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(shí)，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(shí)踐證明，采用鈮微合金化工藝無疑是提升雙相鋼擴(kuò)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(chǔ)。

除了建立新的擴(kuò)孔率行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)高擴(kuò)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(chǔ)上，開發(fā)了一套新的材料本構(gòu)模型，將材料的外徑初始裂紋擴(kuò)孔率作為主要材料參量直接輸入到該本構(gòu)模型中，得到新的橢圓形FLD（成形極限圖）曲線，可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)先進(jìn)高強(qiáng)度鋼零件剪切邊緣開裂狀態(tài)。以某合資主機(jī)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(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生了邊緣開裂現(xiàn)象，零件報(bào)廢率一度超過40%。而對(duì)采用高擴(kuò)孔率（28%）的含鈮的DP780鋼板進(jìn)行沖壓仿真分析，新材料卡片的邊緣開裂預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，前縱梁發(fā)生邊緣開裂的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)最大0.2毫米的微裂紋，但是零件報(bào)廢率降為零。由此可見，采用擴(kuò)孔率測(cè)試方法、新的材料卡片，再通過優(yōu)化材料化學(xué)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(lǐng)我國(guó)沖壓領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)發(fā)展，有助于解決困擾國(guó)內(nèi)外多年的世界性技術(shù)難題，為我國(guó)汽車行業(yè)和沖壓工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展做出貢獻(xiàn)。