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長(zhǎng)期以來(lái)，鋼鐵一直是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)，雖然汽車制造中鋁和塑料的用量不斷增加，但鋼鐵材料仍是汽車的主要材料。21世紀(jì)的汽車行業(yè)，降低燃料消耗、減少CO2和廢氣排放已成為社會(huì)的需求，作為材料生產(chǎn)廠的鋼鐵業(yè)為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，已開(kāi)發(fā)出許多種類的高強(qiáng)度鋼板來(lái)幫助減輕汽車重量，適應(yīng)汽車工業(yè)的新要求。近年來(lái)，超輕超薄高強(qiáng)度鋼板的品質(zhì)和性能大大提高，相信到2020年，高強(qiáng)度鋼板在汽車上的使用率將超過(guò)70%。

先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板是車身輕量化的主要發(fā)展方向，為了兼顧輕量化與碰撞安全性以及高強(qiáng)度下沖壓件回彈與模具磨損等問(wèn)題，熱成形高強(qiáng)度鋼及其成形工藝和應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前凡是達(dá)到U-NCAP碰撞4星或5星級(jí)水平的乘用車型，其安全件(A/B/C柱、保險(xiǎn)杠、防撞梁等)大都采用了抗拉強(qiáng)度1500MPa、屈服強(qiáng)度1200MPa的熱成形鋼。同時(shí)，在先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的冷成形中，為了解決成形裂紋和形狀凍結(jié)性不良等問(wèn)題，熱沖壓材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用引人注目，已用其進(jìn)行了強(qiáng)度高達(dá)1470MPa級(jí)汽車部件的制造。

目前，世界上熱成形用鋼幾乎都選用硼鋼種，因?yàn)槲⒘康呐?B)可以有效地提高鋼的淬透性，可以使得零件在模具中以適宜的冷卻速度，獲得所需的馬氏體組織，從而保證零件的高強(qiáng)度水平。硼的作用在20世紀(jì)50年代早期就被人們所認(rèn)識(shí)，硼只有固溶在鋼中才能起到強(qiáng)化作用。由于硼與氧和氮有強(qiáng)烈的化學(xué)親和力，因此在鋼中添加硼時(shí)都需要添加一些強(qiáng)氧化物和氮化物形成元素，如鋁、鋯和鈦等。固溶的硼偏析在奧氏體晶粒邊界，延遲了鐵素體和貝氏體的形核進(jìn)而增加了鋼的強(qiáng)度。含硼超高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度可以高達(dá)1500Mpa，為普通鋼板強(qiáng)度的3～4倍，將其應(yīng)用于汽車零部件不僅可以直接減少料厚、降低車身重量，還可以提高汽車的安全性，以及相關(guān)聯(lián)的降低油耗、節(jié)約能源、減少汽車排放等。并且硼鋼屬于含硼高強(qiáng)度鋼板，廢物可以充分回收利用，有利于降低環(huán)境污染。常用的鋼種包括：Mn-B系(上海寶鋼開(kāi)發(fā))熱成形用鋼、Mn-Mo-B系(北美、歐洲等多用此系列)、Mn-Cr-B系(高淬透性熱成形鋼)、Mn-Cr系(部分馬氏體熱成形鋼)、Mn-W-Ti-B系(如韓國(guó)POSCO 公司開(kāi)發(fā)的高烘烤硬化細(xì)晶粒熱成形鋼)。

實(shí)際熱成形工藝首先把常溫下強(qiáng)度為500~600 MPa的高強(qiáng)度硼合金鋼板加熱到880~950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，之后保壓快速冷卻淬火，使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，成形件因而得到強(qiáng)化硬化，強(qiáng)度大幅度提高。比如經(jīng)過(guò)模具內(nèi)的冷卻淬火，沖壓件強(qiáng)度可以達(dá)到1500 MPa，強(qiáng)度提高了250%以上，因此該項(xiàng)技術(shù)又被稱為“沖壓硬化”技術(shù)。實(shí)際生產(chǎn)中，熱沖壓工藝又分為兩種，即直接工藝和間接工藝。下料后，直接把鋼板加熱然后沖壓成形，主要用于形狀比較簡(jiǎn)單變形程度不大的工件。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的或者拉深深度較大的工件，則需要采用間接工藝，先把下好料的鋼板預(yù)變形，然后再加熱實(shí)施熱沖壓。對(duì)高強(qiáng)度鋼板的熱成形技術(shù)，我們需要重點(diǎn)關(guān)注的是用鋼選擇、熱成形用鋼的表面鍍層、模具設(shè)計(jì)和熱成形零件的檢測(cè)問(wèn)題。

熱成形用鋼的選擇是保證熱成形零件性能的重要一環(huán)。高強(qiáng)度鋼板的熱成形性主要分包括以下形式：深沖成形性、脹形成形性以及延伸凸緣成形性等。一般認(rèn)為：深沖成形性取決于鋼板塑性應(yīng)變化的Lankford值；脹形成形性取決于鋼板的延性；而延伸凸緣成形性取決于鋼板的局部變形能和顯微組織均勻性。B在支配延伸凸緣成形性和彎曲成形性的顯微組織均勻化方面起到了重要作用，故一直采用F+B和B單一組織；而且為了實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化目標(biāo)，也采用了低碳M。馬氏體鋼中的22MnB5鋼的原理與此相符，是典型的熱沖壓材料鋼，它利用鈦和硼微合金化的方法，通過(guò)熱成形后急冷獲得高的成形度和極高的強(qiáng)度。目前，熱成形MnB鋼板在歐美和日本主要汽車制造企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用，如新型Golf V6車有5個(gè)零部件用MnB鋼制成，最新的第六代PASSAT車型有9個(gè)這樣的部件。寶鋼開(kāi)發(fā)的熱沖壓成形用含硼鋼的CCT(連續(xù)冷卻相變)曲線，經(jīng)過(guò)950℃左右單相奧氏體區(qū)的加熱保溫后，當(dāng)冷卻速度大于15℃/s后，鋼板的組織轉(zhuǎn)變?yōu)槿�馬氏體組織，其硬度為HV450～500，強(qiáng)度達(dá)到1300—1500MPa。

熱成形零件具有的壓潰性能(碰撞后的低的侵入)決定了其很適合用于安全件。熱成形零件的加工通常需要經(jīng)過(guò)激光切割、沖裁孔、點(diǎn)焊、冷成形、裝配以及油漆等工序，因此對(duì)熱成形零件需要檢測(cè)的內(nèi)容很多。首先是要對(duì)熱成形零件進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)、形狀檢測(cè)、厚度分布檢測(cè)和引入的內(nèi)應(yīng)力檢測(cè)，還要根據(jù)不同零件的不同要求，采用不同的方法進(jìn)行實(shí)物性能檢測(cè)。對(duì)于一個(gè)合格的熱成形零件，應(yīng)當(dāng)滿足高強(qiáng)度、輕量化和安全性的要求，同時(shí)還應(yīng)具備好的強(qiáng)度與韌性結(jié)合性、尺寸穩(wěn)定性、可加工性(幾何尺寸穩(wěn)定性)、可焊性以及疲勞抗力等。（文/同濟(jì)大學(xué)：高云凱、高大威、余海燕、鄧有志）