汽车用超高强度钢热冲压成形组织强韧性机理与调控

Using ultra-high-strength steels in vehicles is the only way to meet the demand for both the weight reduction and the passenger safety. Hot stamping is the key forming process for high strength and toughness car components. In order to obtain ultra high strength/toughness hot forming steels with strength-elongation product of about 20000MPa% and excellent performance in hot stamped components,the study aims at the following aspects. 1) To find the phase transformation and microstructural evolution pattern in respect of the alloy compositions and Nb/V micro alloying elements on Mn-B type hot stamping steel under the thermal/mechanical coupling conditions; 2) To explore the relation between strength/toughness and multi-phase structures in Mn-B steels with integrated hot forming QPT (quenching -partitioning-tempering) process and of the process and the microstructural regulatory mechanism; 3)To study various factors (temperature and strain rate, etc.) which may influence the regulatory mechanism of uneven multiphase with high strength/toughness produced by hot stamping in ultra-high-strength steels ; 4) To evaluate formability, cold bending performance, hydrogen induced delayed fracture and ductility and the collision energy absorption of the parts utilizing the above ultra high-strength hot forming steels and reveal the mechanism between these performance and the microstructures. Above researches are of great significance in developing new kinds of hot forming steel, creating integrated processes of plastic forming and heat treatment and achieving the batch use of the third generation ultra-high-strength steels in automobiles.

汽车采用超高强度钢是实现轻量化兼顾安全性的必由之路，热冲压成形是高强韧汽车零件成形的关键工艺。为获得强塑积～20000MPa%的超高强韧热成形钢与良好使用性能的热冲压零件，本项目旨在：1）研究合金成分和Nb/V微合金元素对Mn-B系热成形钢在热力耦合下的相变与组织演变影响规律；2）探索Mn-B钢热成形QPT（淬火-配分-回火）一体化工艺多相组织的强韧性机理和调控机制；3）研究各种因素（温度和形变速率等）对热成形超高强度钢的不均匀多相组织的调控机制；4）评价以上超高强度热成形钢的成形性、冷弯性能、氢致延迟断裂、韧性和零件的延性吸能碰撞性能，揭示性能与强韧性组织的相关性规律。以上研究对研制热成形新钢种、创成塑性成形与热处理一体化工艺和尽快实现三代汽车用超高强度钢批量应用，具有重要意义。

本项目由上海交通大学牵头，和华中科技大学和中国汽车工程研究院合作完成的，面向汽车产业的基金委-汽车产业联合项目。项目各项研究内容按计划有序进行，完成了任务书规定各项工作，达到预期目标。..项目首先针对热冲压成形件塑性差的问题，结合实际冲压过程，发展了多种方案，实现QP热成形一体化工艺：包括模内淬火-碳分配；模内淬火模外碳分配；典型零件模内淬火模外热风配分；实际汽车零件热成形非等温配分等方案。效果显著，有效提升延伸率及冷弯性能。..其次，对于热成形/热成形QP工艺的仿真模拟，建立了考虑界面移动的QP过程碳扩散及马氏体相变模型，并通过了平模热冲压QP实验验证。模型可预测淬火温度、配分时间、配分温度等工艺参数对QP工艺的组织和性能的影响。建立了适用于热冲压全过程的微观组织和材料性能预测模型，所建立的模型具有较好的精度。仿真模拟的研究成果，有助于确定实际生产过程中的工艺参数，提高热成形件的韧性和综合力学性能。..最后，在模拟和实验室工艺指导下，通过合理的成分设计与工艺优化，实现了热冲压钢及其零件力学性能的提升。与宝钢合作新设计的热成形SiV钢通过复合增韧机制可有效提升冲击韧性和冷弯性能。与通用合作的CrSi热成形新钢种，通过热成形QP处理调控组织，达到目标力学性能，抗拉强度1656MPa,延伸率17.7%，及抗拉强度1885MPa，延伸率12.7%。通过前驱组织调控优化超高强热成形钢性能，获得强塑积大于21GPa%实验室原型钢。与马钢等单位合作开发的铌钒复合微合金化热成形新钢种成功实现批量生产、性能评价及装车应用，实现可观经济效益。获得2019年度中国汽车工业科技进步一等奖。..研究结果包括：发表论文62篇，其中SCI收录51篇；申请发明专利8项，获得授权5项，包括1相欧盟发明专利授权；申报2项行业标准；培养博士和硕士分别6和15名；组织国际学术会议3次，组织国内学术会议4次，参加国际学术会议5次。研究成果参与申报获得2019年度中国汽车工业科技进步一等奖。..综上，通过项目，揭示了多相组织中亚稳奥氏体固态相变增塑增韧机制，丰富热力耦合作用下的固态相变理论，并为新型热成形钢材料及QP热成形一体化创新工艺，在汽车企业的应用示范奠定了基础。