Al-Si镀层热冲压钢的研究现状

热冲压成形解决了钢材强度与成形性之间的矛盾,目前抗拉强度超过1 500 MPa的汽车零件只能通过热冲压工艺生产。为避免钢板在热冲压加热过程中的氧化与脱碳,通常在钢板表面涂镀一层Al-Si合金。结合Al-Si镀层热冲压钢的研究现状,综述了热冲压过程中Al-Si镀层微观组织演变及其对热冲压钢弯曲韧性的影响机理。奥氏体化加热过程中,Al-Si镀层与钢基体发生Fe、Al、Si元素相互扩散,镀层组织转变为由Fe-Al或Fe-Al-Si金属间化合物组成的多层结构,部分基体组织转变为富Al的α-Fe相互扩散层。Al-Si镀层通常会降低热冲压钢的弯曲韧性,目前学术界对Al-Si镀层降低热冲压钢弯曲韧性的原因尚未形成统一的认识,主要解释有：(1)镀层中裂纹尖端产生的应力集中促进了裂纹在基体的扩展;(2)奥氏体化过程中镀层与基体界面迁移导致的界面C富集使界面处容易产生裂纹。Al-Si镀层对热冲压钢弯曲韧性的影响机理以及提高Al-Si镀层热冲压钢弯曲韧性的方法尚需进一步研究。     

铬铁矿硫酸浸出液中Cr~(3+)与Fe~(3+)的分离

分别通过水解法和黄钠铁矾法进行酸性溶液中铁的析出分离试验。结果表明,采用水解法铬铁分离效果不佳。采用黄钠铁矾法可有效脱除铬铁矿硫酸浸出液中的铁,在溶液pH=-0.87、165℃加入适量晶种后,铁的脱除率接近100%,铬的损失率低于7%,铬铁分离效果良好。     

热冲压成形钢的强度与塑性及断裂应变

轻量化是支撑汽车电动化和智能化的重要赋能技术之一。抗拉强度为1500 MPa的热冲压成形用硼钢(22MnB5)是目前最经济有效的车身轻量化技术解决方案,而汽车工业对轻量化需求的日益提高正引领热冲压成形钢向着更高强度、更高塑性及更高断裂应变的方向发展。本文首先分析了车身轻量化对碰撞过程中构件变形抗力和断裂抗力的要求,解释了强度与塑性及断裂应变等材料的力学性能参量对碰撞变形抗力和断裂抗力的影响,然后介绍了作者及其他研究人员在研究开发更高强度、更高延伸率、更高断裂应变的新一代热冲压成形钢的最新进展:(1)提出了一种新的强韧化方法,在热冲压成形钢的马氏体基体组织内引入大量纳米级的VC析出物,从而在获得2000 MPa强度的同时保持了与常规1500 MPa热冲压钢22MnB5相当的延伸率和断裂应变。(2)在热冲压成形钢的微观组织中引入残余奥氏体,利用相变诱导塑性效应显著提升热冲压成形钢的延伸率;具体的工艺实施途径包括模具外淬火-配分工艺、淬火-闪配分工艺、淬火-回火配分工艺等。(3)介绍了热冲压成形钢的新一代Al-Si镀层技术以及Al-Si镀层板断裂应变改善方面的最新研究进展;通过降低Al-Si镀层与钢板基体之间的合金化扩散来减少界面C富集,从而达到显著提高Al-Si镀层热冲压成形钢断裂应变的目的。     

表面脱碳对Al-Si镀层热冲压钢弯曲韧性的影响

Al-Si镀层热冲压钢因为其超高的强度而被广泛应用于车身,研究发现镀层会严重恶化热冲压钢的弯曲韧性。基于“界面富碳致脆”理论,以国内某钢厂生产的22MnB5热冲压钢为研究对象,研究了表面脱碳对表面镀层组织和力学性能的影响,为提高Al-Si镀层热冲压钢的弯曲韧性提供参考。结果表明,在920℃保温6 min后,试验钢的镀层组织由FeAl相和铁素体层构成,基体组织均为马氏体。表面脱碳对Al-Si镀层热冲压钢的拉伸性能影响较小,但对弯曲性能影响较大。钢材表面脱碳后,降低了热冲压后镀层/基体界面碳富集程度,提高了界面马氏体的韧性,进而提高了热冲压钢的弯曲韧性。随着表面脱碳厚度的增加,试验钢的弯曲性能逐渐提高,完全脱碳层为30.3μm时,最大载荷弯曲角为82.4°±2.9°。在弯曲过程中,裂纹扩展分成2类,一类是裂纹穿过铁素体层后,在镀层/基体界面钝化,随后基体发生变形及断裂;另一类是裂纹穿过铁素体层后,进入到马氏体基体,在马氏体基体中钝化,随后基体发生变形和断裂。裂纹扩展路径取决于界面马氏体的强度,马氏体强度高时,发生第一种扩展;马氏体强度低时,发生第二种扩展。     

回火温度对不同自回火程度的中碳马氏体钢组织和拉伸性能的影响

为探究不同自回火程度的中碳马氏体钢在回火过程中的组织演化及其对材料力学性能的影响，采用水淬与油淬2种方式淬火，研究了2种自回火程度存在明显差异的马氏体组织在不同回火温度区间内的组织演化，并对比分析了2种淬火态及回火后板料的拉伸性能。结果表明：在淬火及低温回火过程中，马氏体组织内析出的ε-碳化物会明显改善材料的塑韧性。水淬马氏体组织中的ε-碳化物是在温度为200℃的回火过程中析出。油淬马氏体组织中的ε-碳化物则是在淬火过程中析出，而在低温回火过程中，淬火态组织中的亚稳ε-碳化物会发生分解。当回火温度为300和400℃时，2种淬火态组织的演化依次为残余奥氏体的分解以及渗碳体的形成，马氏体组织中的位错密度均逐渐降低。     

退火温度对0.14C-7Mn热轧中锰钢微观组织和力学性能的影响

针对0.14C-7Mn热轧中锰钢分别在600、620、640℃进行了10 h的退火试验。结果表明，退火后组织均为板条状铁素体+奥氏体，随着退火温度的升高，奥氏体体积分数增加，奥氏体中的C、Mn含量逐渐降低，导致其力学稳定性降低。试验钢退火后拉伸曲线均表现为连续屈服。随着退火温度的升高，奥氏体体积分数升高且稳定性降低，变形时产生的马氏体增多，因此抗拉强度随着退火温度升高而升高。适量的、稳定性适中的逆相变奥氏体在变形过程中持续相变产生加工硬化，延迟了颈缩的产生，增加了均匀延伸率。