【导读】在今年全国政协十三届五次会议期间，“汽车行业怎样在国民经济中发挥更强的带动作用？”成为委员们关心和热议的话题。 从汽车用钢及其生产加工来看，随着先进高强钢在汽车车身上应用比例的大幅提升，发生边缘开裂的现象也越来越多。对此，中信金属公司主管汽车材料研发的路洪洲表示，边缘开裂现象给先进高强钢的工程应用带来3个问题。一是整车制造企业和原材料企…
在今年全国政协十三届五次会议期间，“汽车行业怎样在国民经济中发挥更强的带动作用？”成为委员们关心和热议的话题。从汽车用钢及其生产加工来看，随着先进高强钢在汽车车身上应用比例的大幅提升，发生边缘开裂的现象也越来越多。对此，中信金属公司主管汽车材料研发的路洪洲表示，边缘开裂现象给先进高强钢的工程应用带来3个问题。一是整车制造企业和原材料企业之间质量异议增加。整车制造企业认为某原材料企业的材料相较于其他供应商存在缺陷，而钢厂则认为给其他主机厂供应的产品在冲压成型上没有问题，失效的原因是零件设计或模具设计的问题。二是零件边缘开裂背后的科学问题没能研究清楚，导致钢种优化和零件优化设计迟缓。三是拉长汽车开发周期，成本增加。目前，“预测和预防先进高强钢零件边缘开裂”依然是一个世界性工程难题，其原因是先进高强钢零件边缘开裂涉及金属材料技术、材料性能评价技术、模具及成形模拟技术、商业成形模拟软件开发等多个工程领域，特别涉及冶金学、力学等基础学科，对研究人员的技术水平要求较高。目前，针对双相钢等先进高强钢边缘开裂问题，国内外汽车主机生产厂已经形成了两大技术共识：一是传统的材料成形卡片不能预测先进高强钢的边缘开裂。二是提升材料扩孔率可以有效地降低先进高强钢边缘开裂的风险。材料扩孔率测量方法新标准出台冲压零件剪切边产生开裂是由于在下料时，料片边缘会产生毛刺及微裂纹等机械损伤。在零件成型过程中，严重的机械损伤会进一步导致零件边缘部位承受拉伸载荷的能力显著下降，从而发生失效现象。通常，提高材料的扩孔率或者选择高扩孔率的钢材可以改善或解决零件边缘开裂问题。但事实上，现有GB/T24524及ISO16630汽车钢板扩孔标准存在设计和操作方面的缺陷，导致很难测准，且人为因素影响过大，不同实验室和不同实验人员得到的同一材料的扩孔率差异很大，这种结果的不确定性和波动性广受非议。所以，尽管主机厂已经认识到扩孔率的重要性，但依旧没有将其设定为原材料企业供货协议的指标。对此，路洪洲和国内同行开展了一系列相关研究，并与东风商用车、上汽大众等主机厂，以及中国宝武、首钢等钢企联合起草了《汽车用钢先进高强钢薄板和薄带扩孔试验方法》团体标准，创新地采用固定行程加载方法和裂纹有无判断标准，对相关定义、过程及操作等做出更为明确的规定。该团体标准经过多种汽车钢板的多次验证，确保了材料扩孔率测量精准性和可对比性，为解决零件的剪切边开裂问题奠定了基础，并提供可靠的基础数据，为主机厂和原材料供应商提供双方均认可的方法及评估指标，减少或防止相关质量异议发生。解决钢板剪切边开裂问题离不开含铌钢路洪洲认为，铌微合金化配合轧制和退火工艺控制可以有效减轻调控双相钢中铁素体和马氏体的硬度、体积分数及形态，减少带状组织，进而明显提高双相钢的扩孔率，高扩孔双相钢的铌含量一般在0.02%~0.04%。同时，碳氮化铌的纳米级析出可以成为有效的高能氢陷阱，铌微合金化的晶粒细化可以有效降低单位晶界长度的氢密度，抑制可扩散氢的量和聚集，进而有效抑制先进高强度钢和超高强度钢的氢脆。另外，对于具有更高延伸率的DH钢和Q&P钢，铌还有稳定残余奥氏体的作用，在保证均匀延伸率的同时，保证局部延伸率，兼顾了材料的拉伸性能和抗剪切边开裂能力。生产实践证明，采用铌微合金化工艺无疑是提升双相钢扩孔率的重要解决方案之一，为解决双相钢零件的剪切边缘开裂问题奠定了材料基础。除了建立新的扩孔率行业标准和开发高扩孔率双相钢以外，路洪洲及其合作伙伴在他们开发的“汽车车身正向选材”系统基础上，开发了一套新的材料本构模型，将材料的外径初始裂纹扩孔率作为主要材料参量直接输入到该本构模型中，得到新的椭圆形FLD（成形极限图）曲线，可精准预测先进高强度钢零件剪切边缘开裂状态。以某合资主机厂零件前纵梁剪切边开裂的解决为例，其材料选择了不含铌的DP780，在实际生产中发生了边缘开裂现象，零件报废率一度超过40%。而对采用高扩孔率（28%）的含铌的DP780钢板进行冲压仿真分析，新材料卡片的边缘开裂预测结果显示，前纵梁发生边缘开裂的风险大大降低，在实际生产中出现最大0.2毫米的微裂纹，但是零件报废率降为零。由此可见，采用扩孔率方法、新的材料卡片，再通过优化材料化学成分和工艺，可改善并解决零件的边缘开裂问题。相信这一创新的成套解决方案将引领我国冲压领域相关技术发展，有助于解决困扰国内外多年的世界性技术难题，为我国汽车行业和冲压工业的高质量发展做出贡献。
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