汽车用先进高强钢的氢脆研究进展

本文总结了第一代～第三代先进高强钢的各自典型代表钢种——相变诱发塑性钢(TRIP钢)、孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)、淬火配分钢(QP钢)和中锰钢的氢脆研究现状和重要结果。主要结论为,TRIP钢的氢脆敏感性主要体现在塑性降低,而强度损失不大。TWIP钢的氢脆敏感性严重依赖于应变速率,即随应变速率降低而显著增加;形变孪晶界和ε/γ相界面易发生氢致开裂,而Σ3退火孪晶界不易开裂;深入研究表明,当ε/γ相界面满足西山取向关系时,则与Σ3孪晶界类似,能够阻碍氢致裂纹扩展,这一结论将不同学者的结果统一起来。QP钢的氢脆敏感性与TRIP钢相似。中锰钢因含有较多的奥氏体相,变形时伴随着强烈的TRIP效应,氢脆敏感性较大,既有明显的塑性损失也有较大的强度损失。对含有奥氏体组织的TRIP钢、QP钢和中锰钢等,调控奥氏体组织的形态和分布是改善其氢脆的主要对策;而对TWIP钢则可通过控制预应变速率和Al合金化等措施来改善氢脆。     

新型1500MPa级高强钢的氢脆敏感性研究

根据钢材组织设计的思想，通过优化成分和工艺设计、研制出一种新的1500MPa级高强纲。采用阴极电解充氢的方法对其氢脆敏感性进行了研究，并与同一强度级别的42CrMo高强钢进行了对比。结果表明，所设计的1500MPa级高强钢的氢脆敏感性低于传统的42CrMo高强钢。SEM断口观察显示，两者的断口形貌也不同，1500MPa级高强纲为准解理断裂，而42CrMo高强钢为沿晶断裂。断口金相表明，前者的裂纹主要沿着贝氏体/马氏体（B/M）边界扩展，断裂模式为板条界分离，后者的裂纹沿着晶界扩展。对1500MPa级高强钢进行了TEM观察，发现其组织为贝氏体/马氏体复相组织，残留奥氏体以薄膜状存在贝氏体内部及贝氏体条片、马氏体板条间。     

三种钢的氢脆敏感性探讨

1 前言 材料的氢脆敏感性与许多因素有关,这些因素对氢脆敏感性是否产生联合作用(如应力集中系数Kt和应变速率)等问题还研究得不多。Johnson等曾利用电解充氢的方法研究过高强钢试样氢脆与缺口脆性的加和作用问题,得出在充氢与不充氢情况下缺口处抗拉强度随缺口锐度(缺口处截面半径与缺口根部半径之比)而变化的规律基本一致,但对氢脆敏感性是如何受形变速率而变化的、随着缺口锐度的增大,氢脆敏感性会不会增大到一个极限值等问题尚未论及。     

40CrNiMoA高强钢氢脆敏感性和氢含量的关系

测试了40CrNiMoA高强钢在湿空气环境中的应力腐蚀性能,采用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)和拉伸冲击试验等方法,研究试样断裂形貌及其脱氢前后的力学性能。结果表明:40CrNiMoA高强钢在湿空气中发生了沿晶应力腐蚀开裂,断口形貌特征为氢脆;俄歇电子能谱结果提示晶界偏聚不是发生氢脆的主要原因;脱氢处理后,抗拉强度和屈服强度明显下降,断面收缩率明显上升,冲击功也有所上升。     

重轨钢氢脆的表现形式及规律

PD_3重轨钢产生氢致不可逆损伤的临界可扩散氢浓度为Co(P)=(2.07±0.49)×10~(-4)％;而产生氢致塑性损失和滞后断裂的临界值约为0.26×10~(-4)％。相对塑性和C_0~(-1)成正比,即δ_H/δ_0=-0.05 0.27/Co。氢致滞后断裂归一化门槛值为σ_(th)σ_f=0.27ln(C_(th)/Co)_2C(th)=9.5×10~(-4)％是氢致断裂的临界氢富集浓度。     

汽车用热镀锌高强IF钢的研究进展

主要论述了热镀锌高强IF钢的成分特点、强化机制、第二相粒子与析出物特征的控制,并对汽车用热镀锌高强IF钢的研究与开发现状以及新型热镀锌高强IF钢的开发进行了分析,为进一步研究开发新的热镀锌高强IF钢提供了参考依据。     

鞍钢高强汽车用钢研发进展

随着节能减排和安全性能要求不断提高,汽车轻量化成为汽车工业发展的主要趋势,而高强钢和先进制造技术的广泛应用是实现汽车轻量化的有效方法。作为国内主要的汽车用钢供应商,鞍钢研制开发了以980 MPa级双相钢、TRIP钢和TWIP钢为代表的系列先进高强钢,以700 MPa级大梁板为代表的热轧高强汽车用钢,以及1 500 MPa级的热冲压成形钢和系列内高压成形钢。同时,鞍钢开展了高强钢的回弹、焊接性能、高速拉伸性能等应用技术研究,为客户提供从材料选择到结构设计等一系列的EVI技术支持,为汽车工业的发展做出贡献。     

热冲压高强钢不同充氢时间下的氢浓度计算及其与氢脆层关系研究

分别通过理论公式及有限元模拟,计算了热冲压高强钢B1500HS在不同充氢时间下的氢浓度分布,并通过微观形貌观测,分析了同一条件下的氢脆层特征。计算结果显示:随着充氢时间的增加,热冲压钢中氢的扩散距离和高氢浓度分布区面积增大;同时,热冲压钢力学性能显著下降,拉伸断口呈现明显的脆韧分区现象,且充氢时间越长,脆性区深度越大。对比分析氢浓度分布和拉伸断口的脆韧分区结果发现:只有氢浓度达到某临界值,才会出现光滑的脆性区,低氢浓度区域依旧保持韧性断裂的特征。     

汽车用高强钢的激光焊接性能

通过四因素四水平的正交试验,研究了焊接功率、离焦量、焊接速度和保护气流量对DX56D+ZF镀锌钢板激光焊接质量的影响,确定了各组合下的最优焊接工艺参数,并对焊接接头的微观组织进行了观察。结果表明,优化的焊接工艺参数为:激光功率2 k W、焊接速度1.2 m/min、离焦量-0.5 mm和保护气流量10 L/min。     

EH36钢的氢陷阱及氢脆敏感性

采用氢渗透测试、慢拉伸试验等研究手段,探究EH36钢表面、1/4和1/2厚度处的氢陷阱、氢扩散系数及氢脆敏感性。结果表明,表面及1/4厚度处的显微组织主要为贝氏体,表面处的显微组织较为细小,1/2厚度处主要为铁素体和珠光体。可逆和不可逆氢陷阱密度由表面到1/2厚度处依次降低,氢扩散系数随之依次增大。随充氢电流密度或时间的增加,各厚度处拉伸试样的屈服强度、抗拉强度、伸长率均有不同程度的降低,氢脆敏感性随之增大;拉伸断口形貌由呈韧性断裂特征的韧窝状逐渐向呈脆性断裂特征的河流状花样转变。表面处的氢脆敏感性最小,1/2厚度处的氢脆敏感性最大;在1/2厚度处的拉伸断口观察到了一些氢致裂纹。     

汽车用高强IF钢的组织与性能研究

研究了退火加热速度和退火冷却速度对IF钢显微组织、第二相粒子析出和力学性能的影响。研究结果表明,随加热速度增加,铁素体晶粒变小、第二相粒子变小、强度增加;随冷却速度增加,晶粒尺寸变小、第二相粒子变小并伴随着局部偏聚现象。     

钢的氢脆的新研究方向

简要回顾了人们对钢的氢脆问题的认识过程和研究历史,概述了钢中氢的存在状态与氢脆的关系,钢的塑性变形与氢脆的关系,其中包括断口形貌和断裂过程。此外还论述了奥氏体不锈钢的氢脆及氢引起的断裂现象等共性问题。     

汽车用先进高强钢的成形性能

通过试验,对汽车用先进高强钢DP590、DP780、TRIP590的力学性能、微观金相组织、成形极限图进行研究,并与超深冲钢DC01成形极限进行对比。运用成形极限预测近似公式,对DP590、DP780、TRIP590、DC01的成形极限曲线进行预测,并与实测曲线进行对比。结果表明,DP钢和TRIP钢都具有较高的强度和良好的塑性,并具有较低的屈强比,能有效避免成形时局部颈缩和断裂。同时,DP钢和TRIP钢均具有良好的成形性能,DP590、TRIP590的成形能力甚至优于超深冲钢DC01。成形极限预测经验近似公式能很好的适用于DP590、DP780、TRIP590的成形极限预测,误差在2%以内,但对于DC01的成形极限预测误差则稍微偏大,约为4%。     

汽车用高强钢的发展与展望

对一系列汽车用高强钢(高强度低合金(high strength low alloy, HSLA)钢、双相(dual-phase, DP)钢、复相(complex phase, CP)钢、相变诱发塑性(transformation induced plasticity, TRIP)钢、孪晶诱发塑性(twinning induced plasticity, TWIP)钢、淬火-碳分配(quenching&partitioning, Q&P)钢、中锰钢)在生产和应用中出现的问题作了回顾,所采用的处理方法也作了介绍。对应用广泛的DP钢和CP钢的特点及其在应用时可能的互为补充作了叙述。列举了提高超高强度TRIP钢塑性的方法;高锰TWIP钢因价高而受市场冷落,但可推荐为价格高且塑性很低的热冲压(hot stamping, HS)钢的替代品;相比之下,中锰钢既有优良的强塑性,又有较低的价格易被汽车商接受。Q&P钢作为低合金钢有很好的强塑性,但钢厂需配备复杂生产线。建议对低碳低合金钢如自回火钢作更多关注和探讨。     

国外先进公司工程机械用高强钢发展现状

概述了国外先进钢铁公司JFE、新日铁住金、SSAB、蒂森克虏伯和安赛乐米塔尔开发的典型工程机械用高强结构钢和耐磨钢的性能和特点。指出了国内工程机械用钢产品与国外存在的差距以及未来发展中存在的问题。     

数控激光焊接汽车用高强钢

在数控激光焊接加工中,影响高强钢板焊接质量的因素很多,根据试验加工对相应因素进行了分析,并给出了1套可以有效控制高强钢加工质量的工艺参数.     

EPS处理对QStE700TM钢氢脆敏感性影响

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和双电解池电化学氢渗透等手段,研究了湿法抛丸(EPS)、酸洗和干式抛丸3种表面处理工艺对QSt E700TM高强结构钢氢脆敏感性及氢渗透动力学参数的影响规律;并结合不同处理工艺钢板试样表面氧化铁皮残留、硬度和残余应力变化,探讨了EPS工艺对QSt E700TM钢氢脆敏感性影响机理。结果表明,EPS工艺处理QSt E700TM钢试样的氢脆敏感性仅为8.1%,相较于酸洗和干式抛丸工艺分别降低了12.7%和20.5%。这与EPS工艺处理钢板表面氧化铁皮残留少,残余应力为-150～-300 MPa范围内的压应力有关。另外,EPS处理钢试样因更小的氢扩散通量(J_∞L)和有效氢扩散系数(D_app)及更大的滞后时间(t_L)和阴极侧次表面氢浓度(c₀),表现出比干式抛丸工艺处理钢试样更好的阻碍氢扩散性能,进而表现出更低的氢脆敏感性。综合考虑,EPS工艺是一种全新、可靠的和低碳环保的高强钢表面除鳞工艺。     

16Mng钢焊接接头氢脆敏感性的研究

在选定的对氢脆敏感的应变速率下,对焊后充氢、焊态和焊后除氢三种状态的试样进行了慢拉伸试验。根据拉伸性能及断裂特性,评定焊接接头的氢脆敏感性。结果表明,已经防止了延迟裂纹的焊接接头,在氢环境中使用时仍有产生氢脆破坏的可能。接头的氢脆敏感性与接头的含氢量、组织及焊接工艺有关。     

汽车用传统高强钢和先进高强钢

现代汽车工业的发展趋势是在保证安全性能不变的前提下尽可能轻量化以降低油耗和排放,汽车轻量化的首选材料就是高强度钢。文章介绍了当前汽车工业中普遍使用的各种传统高强度钢——IF钢（HSSIF）、烘烤硬化钢（BH）、各向同性钢（IS）、高强度含P钢和低合金高强钢（HSLA）,以及先进高强度钢——双相钢（DP）、复相钢（CP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、铁素体-贝氏体（FB）钢和马氏体钢（M）、TWIP钢以及热成型（HF）钢、预成型热处理钢（PFHT）的特点及优异性能,并简要分析了未来汽车用钢的发展方向。