超高強(qiáng)度雙相鋼和電阻電焊接頭增強(qiáng)機(jī)制的研究.pdf

1、雙相鋼因其強(qiáng)度高、加工性能好(低屈強(qiáng)比)等優(yōu)良的綜合性能而得到世界各國大力開發(fā)和研究，已成為汽車用鋼板的主要材料。針對目前汽車輕量化的目標(biāo)，迫切需要發(fā)展高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度雙相鋼，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。本文在DP590冷軋雙相鋼研究的基礎(chǔ)上，將徐祖耀提出的用于生產(chǎn)高強(qiáng)度馬氏體鋼的淬火-分配-回火(Q-P-T)熱處理工藝用于雙相鋼，研制出一種抗拉強(qiáng)度超過1000MPa，延伸率超過10％的低屈強(qiáng)比、超高強(qiáng)度雙相鋼；通常一輛汽車車身包含有幾千個電

2、阻點(diǎn)焊的焊點(diǎn)，這些焊點(diǎn)的強(qiáng)度和性能嚴(yán)重影響著汽車的安全性和可靠性。因此，需要提高焊點(diǎn)的力學(xué)性能來提高汽車的安全性。在本文中，深入研究了DP590雙相鋼電阻點(diǎn)焊接頭增強(qiáng)機(jī)制用于推廣雙相鋼在汽車中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容和結(jié)論描述如下：
　　 1.為了給低屈強(qiáng)比、超高強(qiáng)度雙相鋼設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，本文首先對DP590雙相鋼在不同臨界退火溫度下保溫不同時間后水淬處理的樣品進(jìn)行研究，通過光學(xué)顯微鏡(OM)，掃描電子顯微鏡(SEM)對其微觀組織

3、、拉伸斷口形貌和力學(xué)性能進(jìn)行表征，揭示了熱處理工藝對微觀組織和性能的影響規(guī)律及其原因。結(jié)果表明：高的臨界退火溫度對應(yīng)高的抗拉強(qiáng)度。800℃下保溫5 min后水淬得到的雙相鋼，其抗拉強(qiáng)度為1134MPa，總延伸率為15％，屈強(qiáng)比為0.6，表現(xiàn)出優(yōu)秀的綜合力學(xué)性能。隨著保溫時間的延長，抗拉強(qiáng)度逐漸升高，延伸率逐漸降低，而屈服強(qiáng)度則先降低后升高。隨著臨界退火溫度的提高、保溫時間的延長，斷裂形式由細(xì)小的延性韌窩為主導(dǎo)的延性斷裂逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛珊恿鳡?/p>

4、花樣解理為主導(dǎo)的脆性斷裂。通過分析不同臨界區(qū)加熱時的奧氏體形成，發(fā)現(xiàn)隨著臨界區(qū)保溫溫度的提高，臨界區(qū)保溫時間的延長，奧氏體的形成量逐漸提高，但是超過一定時間后，奧氏體的形成量趨于平衡，幾乎沒有發(fā)生變化。
　　 2.在DP590雙相鋼研究的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)提高C含量，添加Nb合金化元素，采用Q-P-T新工藝(Tq=270℃，Tp=300℃，t=300s)，研制出成分為0.15C-2.1Mn-0.45Si-0.015Nb-0.03A

5、l低屈強(qiáng)比、超高強(qiáng)度雙相鋼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：此設(shè)計成分的雙相鋼通過Q-P-T工藝處理后，其抗拉強(qiáng)度為1047 MPa，總延伸率為15.5％，屈強(qiáng)比為0.458，達(dá)到了抗拉強(qiáng)度超過1000MPa、延伸率大于10％的低屈強(qiáng)比超高強(qiáng)度雙相鋼的設(shè)計目標(biāo)。與傳統(tǒng)雙相鋼水淬+回火工藝獲得的雙相鋼(抗拉強(qiáng)度1127MPa，延伸率7％，屈強(qiáng)比0.872)相比，其抗拉強(qiáng)度僅降低8％，而延伸率提高了1.2倍，屈強(qiáng)比降低47％。通過OM、SEM、透射電鏡、X射

6、線衍射和電子背散射衍射等多種方法對微觀組織進(jìn)行了表征，結(jié)果表明相對于傳統(tǒng)雙相鋼水淬+回火工藝而言，經(jīng)Q-P-T工藝處理后的雙相鋼良好的力學(xué)性能主要起因于：(1)鋼中馬氏體和鐵素體晶粒分布均勻(幾乎無連續(xù)帶狀馬氏體出現(xiàn))；(2)在分配過程中錳和碳的充分?jǐn)U散抑制了Mn7C3在馬氏體基體中析出及橢球狀的滲碳體在鐵素體基體中析出；(3)更小的的淬火應(yīng)力；(4)更多的取向附生鐵素體。
　　 3.在DP590雙相鋼單脈沖電阻點(diǎn)焊工藝上，通過

7、添加不同的第二脈沖，采用SORPAS軟件設(shè)計了三種雙脈沖電阻點(diǎn)焊工藝并對其進(jìn)行焊接。通過對點(diǎn)焊接頭微觀組織進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)分布在馬氏體板條中的針狀微觀組織為針狀鐵素體，它的平均長度約為250nm，寬度約為30nm。到目前為此，在快速冷卻的電阻點(diǎn)焊過程中產(chǎn)生如此精細(xì)的針狀鐵素體，還沒有報道過。針狀鐵素體與其周圍的馬氏體板條具有立方對立方的位向關(guān)系。通過分析得知針狀鐵素體來源于第二脈沖過程中的逆相變奧氏體或大塊殘余奧氏體，而且由于極大的過冷度

8、使針狀鐵素體不需要借助于夾雜物來形核，這與傳統(tǒng)的觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同。通過調(diào)整第二脈沖的焊接參數(shù)，更多的針狀鐵素體及更好的力學(xué)性能能夠獲得；同時還發(fā)現(xiàn)分布在馬氏體基體中的樹葉狀微觀組織為Cr3c2或CrC，而不是通常所觀察到的Cr23C6、Cr7C3。
　　 4.相對于單脈沖電阻點(diǎn)焊而言，DP590雙相鋼電阻點(diǎn)焊接頭的延性比能夠通過添加合適的雙脈沖而提高51％。通過結(jié)合SORPAS軟件模擬的熱循環(huán)曲線對焊接冶金過程進(jìn)行分析，結(jié)果表