高強度鋼板

汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展發(fā)揮了重要作用。但受能源短缺、環(huán)境污染等問題的影響，該行業(yè)發(fā)展之矛盾也日益凸顯。展望未來，該行業(yè)的發(fā)展只有建立在自然、生態(tài)、節(jié)能、安全等背景下，其發(fā)展才可持續(xù)。

在此背景下，汽車輕量化以及高強鋼的應(yīng)用成為了重要發(fā)展方向。但隨著高強鋼板材強度的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無法滿足高強度鋼板的加工工藝要求。在此情況下，國際上逐漸研究超高強度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)——綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加，屈服強度降低的特點，通過模具進行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE分析技術(shù)進行深入研究，但該技術(shù)被國外廠商壟斷，國內(nèi)發(fā)展緩慢。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，部分汽車品牌高強鋼的應(yīng)用不斷擴大，有些車型的車身框架高強度鋼的應(yīng)用已達90%。根據(jù)美國鋼鐵學(xué)院能量部的研究，即使高強度鋼降低部分數(shù)值其拉伸還是要比傳統(tǒng)的冷板困難得多。高強鋼的延展率只有普通鋼材的一半。

當材料被沖壓成形時，會變硬，不同的鋼材，變硬的程度不同。一般高強度低合金鋼只略有20MPa增加，不到10%。注意：雙相鋼的屈服強度有140MPa增加，增加了40%多！金屬在成形過程中，會變得完全不同，完全不像沖壓加工開始之前。 這些鋼材在受力后，屈服強度增加很多。材料較高的屈服應(yīng)力加上加工硬化，等于流動應(yīng)力的大大增加。因此，開裂、回彈、起皺、工件尺寸、模具磨損、微焊接磨損等成為了高強鋼成型過程中的問題焦點。

基于高強鋼的特點和特性，如果不能改變金屬流動和減少摩擦，那么高強度鋼（HSS）的開裂和質(zhì)地不均性都可能引起部件報廢率的上升。這種材料所具有的高千磅力每平方英寸(KSI)（測量屈變力的單位）、增強的回彈、加工硬化的傾向以及在升高的成型溫度下運行對于模具來說都是一個挑戰(zhàn)。

潤滑影響成型性這是不爭的事實。因此，高性能潤滑劑可提供一種更高性能的膜以保護金屬免于斷裂、壓裂或被焊接到模具上。好的潤滑劑還能夠減少摩擦熱量，使金屬流動不間斷并能控制起皺或斷裂。

針對這一問題，美國IRMCO公司作為世界知名從事潤滑研究制造的專業(yè)公司，自三十年前就已成功研發(fā)的新型水基潤滑技術(shù)解決了高強鋼的成型問題。下面，結(jié)合多年來的研究和使用從潤滑角度并結(jié)合該潤滑技術(shù)的特點談一下看法和意見。如下：

其一，嚴酷條件下的潤滑保障。

1、由于高強鋼的屈服力大，要屈服它比一般板材需要更多的能量，這種能量除了變形以外，很大程度上是板材與模具間推撞（摩擦）。因此，隨著金屬在沖壓模具中變形溫度會不斷升高，油基潤滑油都會變薄，有些情況下會達到閃點或者燒著（冒煙），潤滑失效。而IRMCO高分子聚合物極溫潤滑劑中含有抗極壓物并具有“熱尋性”而且會粘到金屬上，隨著溫度的升高在模具和板材表面形成一個堅韌的保護屏障，從而降低摩擦和溫度，以幫助工件更好的延展，以此來控制摩擦和金屬流動；同時保護金屬不會過熱，發(fā)黑而拉裂和粘接。（如圖1）

同時，根據(jù)實際試驗中的問題，我們在實驗室里復(fù)制現(xiàn)場試驗的結(jié)果。不同配方的油基和常規(guī)（肥皂）為基礎(chǔ)的合成潤滑劑，在高強鋼上不能正常工作。廢品率和模具磨損（擦傷）失控。

美國綠葉技術(shù)實驗室對IRMCO產(chǎn)品和汽車行業(yè)通過認證的拉伸油以及合成潤滑劑，在美國DP780超高強度鋼上進行了成型對比實驗。采用了俄亥俄州立大學(xué)的茵特拉根(Interlaken)拉伸成型測試法。這種方法被證實用于測試實際結(jié)果非常準確。IRMCO達到的數(shù)值是145 比汽車行業(yè)通過認證的拉伸油的115和合成潤滑劑的110 超過了25%。數(shù)值越大說明成型能力越好（如圖2）。

2、由于沖壓過程中會產(chǎn)生溫度，同時由于油的熱容量比較大，熱擴散比較差。而IRMCO水基潤滑劑因溫度產(chǎn)生形成水蒸氣帶走熱量，不但有效的降低了溫度，保護了模具，而且因溫度所產(chǎn)生的微焊接磨損將得到有效的控制。同時還可以提高沖次。

其二、工具涂層的性能與潤滑劑質(zhì)量緊密聯(lián)系。

傳統(tǒng)的物理氣相沉淀（PVD）和化學(xué)氣相沉淀涂層（CVD）外部需要潤滑發(fā)揮最大性能。IRMCO指出：“熱擴散工藝可以減少摩擦磨損的問題。通過熱擴散所產(chǎn)生的碳化釩可以形成耐久性、堅硬的表面，在苛刻的成形和沖壓模面時，會極大的提高工具的使用壽命。如果使用的潤滑劑無法承受高溫、磨損和先進高強鋼的加工硬化性，價值會大幅降低。因此，使用可滿足高強鋼需求的潤滑劑，是達到涂層使用壽命最大化的關(guān)鍵?！?

根據(jù)IRMCO技術(shù)的先進行及多年的應(yīng)用經(jīng)驗，高強鋼沖壓模具無需花費高昂的涂層費用，就可以滿足生產(chǎn)需要，并可以延長模具壽命。從（圖3）可以看出IRMCO潤滑技術(shù)對模具的保護作用。沖壓三千個工件后，工件表面質(zhì)量及模具表面得到明顯的改觀（表面劃痕明顯減少）。

其三、高性能潤滑可以使工件質(zhì)量更加穩(wěn)定。

模具間隙及模具的幾何設(shè)計等是實現(xiàn)工件尺寸精度的重要內(nèi)容。因此，這直接關(guān)系到對金屬材料和潤滑劑技術(shù)要求。如果間隙越小、越緊摩擦力越大，對潤滑劑的要求也越高，但工件的成型精度也相對越高。由于IRMCO可以較好的控制摩擦和金屬流動，所以可以保證工件質(zhì)量更加穩(wěn)定。

Q460是一種高強度的低合金鋼。Q460的牌號表示方法：它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點，即屈服強度。后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值460代表460兆帕，兆是10的6次方，帕是壓強單位帕斯卡。Q460就是鋼材受力強度達到460兆帕?xí)r才會發(fā)生塑性變形，也就是當外力泄掉后，鋼材只能保持受力的形狀而無法回復(fù)原形，這個強度要比一般鋼材大。一般質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D、E　Q460在保證低碳當量的基礎(chǔ)上，適當?shù)脑黾恿宋⒑辖鹪氐暮?。良好的焊接性能要求鋼材碳當量低，而微合金元素的增加在增加鋼材強度的同時，也會增加鋼材的碳當量。但好在增加的碳當量很少，所以不會影響鋼材的焊接性能。

2018年2月6日，《自卸礦車結(jié)構(gòu)用高強度鋼板》發(fā)布。

2018年11月1日，《自卸礦車結(jié)構(gòu)用高強度鋼板》實施。

全球環(huán)境與能源問題的日趨惡化，使汽車的輕量化研究成為當今國際汽車行業(yè)和學(xué)術(shù)界的最熱點的研究方向和永恒的研究主題之一。轎車車身重量占整車重量的相當大比重，減小白車身自重是降油耗及減排放的最有效措施之一。高強度鋼板的熱成形技術(shù)，是當今制造更節(jié)能、更安全轎車車身的最佳途徑。本項目將針對轎車車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件輕量化設(shè)計制造所亟待解決的關(guān)鍵力學(xué)問題，諸如：涉及熱－力－相變耦合多物理場和多尺度本構(gòu)方程的建立，具有尺度效應(yīng)的微觀與宏觀材料與力學(xué)參數(shù)的實驗測定，相變膨脹、應(yīng)變率和熱邊界摩擦相關(guān)的多物理場彈塑性大變形有限元方法，以及輕量化車身典型結(jié)構(gòu)件的碰撞安全性力學(xué)分析與性能優(yōu)化等，凝練科學(xué)問題，開展多學(xué)科的聯(lián)合研究，為熱成形工藝生產(chǎn)線和熱成形件的模具制造提供強有力的力學(xué)基礎(chǔ)支撐。

本標準規(guī)定了壓力容器用低焊接裂紋敏感性調(diào)質(zhì)高強度鋼板的牌號表示方法、訂貨內(nèi)容、尺寸、外形、重量及允許偏差、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志和質(zhì)量證明書。