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抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-11-04 13:08

為滿足本鋼全球首發(fā)抗氧化免鍍層熱成形鋼CF-PHS1500 市場(chǎng)推廣應(yīng)用的要求,對(duì)CFPHS1500的機(jī)械性能和焊接工藝進(jìn)行研究。選用1.2mm 和1.6mm 兩種料厚抗氧化免鍍層熱成形鋼進(jìn)行點(diǎn)焊和凸焊性能試驗(yàn)研究,分析了影響焊接質(zhì)量的主要因素,研究了焊接工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量的關(guān)系。

 

低碳、環(huán)保已經(jīng)成為21 世紀(jì)全球汽車行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì),“雙碳”戰(zhàn)略的大背景下,開(kāi)發(fā)高強(qiáng)韌性、高抗氧化性及良好氫脆性能的超高強(qiáng)熱成形鋼對(duì)提升汽車輕量化水平具有重要的實(shí)際意義。在此背景下,抗氧化免涂層熱成形CF-PHS1500 作為一種突破性的材料,逐漸成為高端汽車制造領(lǐng)域的焦點(diǎn),該鋼種是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)局限性與用戶痛點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)的,采用不同于Al-Si 涂層研發(fā)路徑,利用高Cr-Si 合金成分體系以及全流程表面調(diào)控技術(shù),熱成形后零件表面氧化皮厚度小于1μm,從而解決現(xiàn)有熱成形鋼裸板氧化皮剝落問(wèn)題。本文旨在深入探討CF-PHS1500 的機(jī)械性能及焊接性能,為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化與性能優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

 

抗氧化免鍍層熱成形鋼CF-PHS1500 作為全球首發(fā)產(chǎn)品,創(chuàng)新采用Cr-Si 合金體系,具有高強(qiáng)度、高淬透性和良好抗高溫氧化性能的全新熱成形鋼,應(yīng)用前景廣闊。為此,本鋼、一汽集團(tuán)工程技術(shù)部聯(lián)合中汽研(天津)共同對(duì)CF-PHS1500 的凸焊工藝及焊接性能進(jìn)行研究

 

機(jī)械性能

 

樣板生產(chǎn)工藝參數(shù)抗氧化免涂層熱成形鋼1.4mm 樣板,在氮?dú)獗Wo(hù)條件下加熱至930℃、加熱時(shí)間340s,轉(zhuǎn)移時(shí)間12s,保壓時(shí)間12s。

 

拉伸性能檢測(cè)

 

采用50 標(biāo)距拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示,拉伸曲線見(jiàn)圖1,抗氧化免涂層熱成形鋼熱成形后抗拉強(qiáng)度可達(dá)1700MPa,斷后伸長(zhǎng)率7.1%。

 

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖1 拉伸力學(xué)曲線

 

表1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

 

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

 

彎曲性能檢測(cè)

 

抗氧化免涂層熱成形鋼熱成形后彎曲性能如表2所示,彎曲角達(dá)到60°以上。

 

表2 CF-PHS1500 熱成形后彎曲角

 

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

 

抗氧化性能

 

樣板生產(chǎn)工藝參數(shù)

 

抗氧化免涂層熱成形鋼(CF-PHS15100)、鍍層板和22MnB5 裸板1.4mm 樣板,在氮?dú)獗Wo(hù)條件下加熱至930℃、加熱時(shí)間340s,轉(zhuǎn)移時(shí)間12s,保壓時(shí)間12s。

 

表面質(zhì)量和氧化鐵皮

 

通過(guò)金相切割觀察,抗氧化能力對(duì)比如圖2 所示。

 

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖2 抗氧化能力對(duì)比

 

可以看出,22MnB5 裸板表面有明顯的氧化皮,氧化層厚度為6 ~10μm;鍍層板表面質(zhì)量光亮無(wú)氧化皮,熱成形后鍍層厚度40μm;抗氧化免涂層熱成形鋼表面光亮無(wú)明顯氧化皮,放大檢測(cè)氧化層厚度為0.2 ~0.5μm??寡趸馔繉訜岢尚武搶?duì)比22MnB5裸板具有更強(qiáng)的抗氧化能力。

 

焊接性能

 

電阻點(diǎn)焊工藝性能

 

⑴試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法。

 

使用1.2mm 和1.6mm 抗氧化免涂層熱成形鋼熱成形后的樣板,對(duì)1.2mm+1.2mm、1.2mm+1.6mm、1.6mm+1.6mm 焊接組合試驗(yàn),采用中頻直流機(jī)器人焊接控制器和中頻一體鋼點(diǎn)焊焊鉗進(jìn)行焊接測(cè)試。調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)通電時(shí)間、通電電流和電極壓力以及維持時(shí)間進(jìn)行焊接,檢測(cè)焊接質(zhì)量,得到焊接工藝窗口;最佳工藝參數(shù)條件下,確認(rèn)焊點(diǎn)剝離直徑、最小熔核直徑和最小剪切力。

 

⑵試驗(yàn)結(jié)果。

 

不同料厚組合在最佳工藝參數(shù)下,拉伸后試驗(yàn)樣條如圖3 所示,最小剝離焊點(diǎn)直徑和最小剪切力試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示,金相檢測(cè)試驗(yàn)圖片如圖4 所示。

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖3 拉伸后試驗(yàn)樣條

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖4 焊點(diǎn)金相檢測(cè)

 

表3 點(diǎn)焊試驗(yàn)結(jié)果

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

 

通過(guò)測(cè)試,1.2mm 和1.2mm 雙層板點(diǎn)焊剝離焊點(diǎn)直徑最小為4.72mm,同一焊點(diǎn)最小直徑與最大直徑之比值均大于0.8,焊點(diǎn)的抗拉力實(shí)際獲取的數(shù)值在17000N 以上。在金相測(cè)試中,熔深占比都在板厚的80%以內(nèi)。

 

1.2mm 和1.6mm 雙層板點(diǎn)焊剝離焊點(diǎn)直徑最小為5.56mm,同一焊點(diǎn)最小直徑與最大直徑之比值均大于0.8。焊點(diǎn)的抗拉力實(shí)際獲取的數(shù)值均在14000N 以上,在金相測(cè)試中,熔深占比都在板厚的80%以內(nèi)。

 

對(duì)于1.6mm 和1.6mm 雙層板點(diǎn)焊剝離直徑最小為7.55mm,同一焊點(diǎn)最小直徑與最大直徑之比值均大于0.8,焊點(diǎn)的抗拉力實(shí)際獲取的數(shù)值均在21000N以上。在金相測(cè)試中,所有的熔深占比都在板厚的80%以內(nèi)。

 

凸焊工藝性能

 

⑴試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法。

 

選用M6、M8 兩種規(guī)格的螺母和螺柱,鋼板采用厚度1.6mm 的抗氧化免鍍層熱成形鋼,使用HRC603型中頻逆變凸焊機(jī)。調(diào)節(jié)電壓、壓力、儲(chǔ)能量三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行焊接。檢測(cè)焊接質(zhì)量得到焊接工藝窗口;通過(guò)金相觀察確認(rèn)焊接區(qū)域是否有氣孔、縮孔和裂紋等現(xiàn)象,檢測(cè)螺母和螺柱剝離扭矩和頂出力大小。

 

⑵試驗(yàn)結(jié)果。

 

在最佳工藝參數(shù)下,沿焊接位置的對(duì)角線進(jìn)行切割、打磨,金相觀察結(jié)果如圖5 所示,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷,焊合區(qū)域內(nèi),未發(fā)現(xiàn)氣孔、縮孔、裂紋、飛濺等現(xiàn)象,通過(guò)進(jìn)行裝配測(cè)試,未發(fā)現(xiàn)螺柱外側(cè)螺紋上存在焊渣;頂出力檢測(cè)結(jié)果如圖6 所示,凸焊螺柱和螺母的頂部拉力均大于8016N,滿足使用要求;剝離扭矩檢測(cè)結(jié)果如圖7 所示,隨著扭矩的增加,凸焊螺柱斷裂,焊接區(qū)域未脫離。

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖5 金相觀察結(jié)果

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖6 頂出力檢測(cè)結(jié)果

 

抗氧化免鍍層熱成形鋼工藝性能研究

圖7 剝離扭矩檢測(cè)結(jié)果

 

結(jié)束語(yǔ)

 

經(jīng)過(guò)深入研究,抗氧化免涂層熱成形鋼在熱成形后具有優(yōu)異的抗氧化性能,同時(shí)保持了高強(qiáng)度和良好成形性。通過(guò)對(duì)熱成形后1.2mm 和1.6mm 料厚的點(diǎn)焊和凸焊焊接工藝性能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)該材料具有良好的焊接性能。綜上,該材料為汽車輕量化設(shè)計(jì)提供了新的選擇。

 

展望未來(lái),抗氧化免涂層熱成形鋼的研究方向?qū)⒏佣嘣?。一方面,將繼續(xù)探索新型合金元素的添加及其協(xié)同效應(yīng),來(lái)獲得更高性能的免涂層熱成形鋼材料,滿足更多特殊應(yīng)用環(huán)境的需求。另一方面,深入研究材料表面改性技術(shù),如等離子噴涂、離子注入等表面處理技術(shù),有望進(jìn)一步提升材料的表面性能和抗氧化能力,同時(shí)探索環(huán)境友好型的生產(chǎn)方式,減少對(duì)環(huán)境的影響。此外,結(jié)合數(shù)字化和智能化技術(shù),優(yōu)化生產(chǎn)流程,實(shí)現(xiàn)定制化、高效能的熱成形鋼生產(chǎn)將是未來(lái)的重要趨勢(shì),為推動(dòng)汽車工業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

 

來(lái)源:《鍛造與沖壓》文/王騰飛,李博,王飛,王亞芬,王魯寧,王思博·中國(guó)第一汽車股份有限公司;本鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)中心;本鋼板材股份有限公司;中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司

 

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