DP1180和QP1180钢组织与力学性能的比较

唐帆

（华电曹妃甸重工装备有限公司，河北唐山063210）

近年来，汽车产业发展迅猛，汽车的发展方向集中在节能、减排、降重和提高安全性。通过增强汽车构件强度与性能提高安全指数，通过减轻车重降低油耗、节约能源与资源并利于环保已经成为行业的共识。几十年来，汽车企业一直致力于优化汽车用钢的性能、成本与资源。目前汽车用高强钢占整车身的比例已达60%，在这种趋势下，先进高强钢成为汽车行业首选。

DP（Dual Phase）钢是第一代汽车用钢，是汽车用钢的一大进步，DP钢具有强度高、延展性好和高应变硬化优良的特点，正是由于这些特点集于一身，保证DP钢具有非凡的性能，不仅提高了汽车遭受撞击的安全性，还实现了减轻车重的目的。

QP（Quenching and Partitioning）钢是第三代汽车用钢，QP钢的设计生产从资源、环境和成本角度出发，更加注重的是可循环及环保制造等，即低合金含量的成分简单化、高强韧性的结构轻量化，同时更加注重通过精细的工艺控制与组织调控获得高强韧性能力。本文对DP1180钢和QP1180钢组织与力学性能进行比较分析。

1 试验材料和方法

试验材料采用厚度δ=2 mm的DP1180钢和QP1180钢，试验用钢的化学成分如表1所示。

表1 试验用钢的化学成分(wt.%)

首先将试样切割为20 mm×10 mm×2 mm，沿轧制方向侧面进行取样，然后沿轧制方向将试样镶嵌、研磨、抛光，用4%的硝酸酒精浸蚀吹干，在型号为4XB的光学显微镜下观察试验钢的显微组织。

拉伸试验环境为空气，温度为室温，应变速率为1×10-3s-1。试验设备为WAW-600万能试验机。试样加工尺寸参照国家标准GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，试样标距段长80 mm，试样表面要求打磨到800#砂纸。

2 试验结果与分析

如图1所示，（a）为DP1180钢的显微组织，从图中可以看到其组织主要为马氏体（M）和铁素体（F），其中灰色区域为马氏体组织，白色多边形区域为铁素体组织。F为基体相，岛状M分布于其上。(b)为QP1180钢的显微组织，从图中可以看到其组织主要为马氏体（M）、铁素体（F）和极少量残余奥氏体（Ar），图中的白色多边形区域为铁素体组织。

图1 试验钢显微组织

DP1180和QP1180钢拉伸试验结果如表2所示。从表2中可以看出，在空气中1×10-3s-1应变速率下DP1180和QP1180钢力学性能基本接近，DP1180钢的抗拉强度（1 180 MPa）和屈服强度（1 012 MPa）稍高于QP1180钢，但QP1180钢断后伸长率（6.6%）要高于DP1180钢。这说明QP1180钢的强度和DP1180钢的强度基本接近，但其塑性要明显好于DP1180钢，这是由于QP1180钢组织中存在着少量残余奥氏体（AR），残余奥氏体（AR）可以改善试验钢的塑性。

表2 DP1180和QP1180钢拉伸试验结果

此外，从表2中还可以发现QP1180钢断裂时间要大于DP1180钢，这是由于QP1180钢断裂后伸长率更高一些，拉伸时间会随着增加。拉伸前后的试样实物照片如图2所示。

图2 拉伸前后的试样实物

DP1180钢和QP1180钢中都有F和M，F为基体相，M以岛状的形式分布于其上，通常体积分数小于20%。当钢遭到撞击发生塑性变形时，M会发生相变，这将会激活在F/M界面上大量的可移动的位错，随后发生滑移，因此在宏观角度上体现出来的就是在低应力状态下发生了屈服。DP1180钢在生产过程中需要分步冷却，第一阶段冷却速度较慢，DP1180钢中F中的碳原子（C）可以充分向奥氏体（A）中扩散，在获得稳定A的同时，还得到了纯净的F。由此可知，当位错在F中滑移时，没有遇到碳化物钉扎作用的阻拦，因此，从宏观上体现出了连续屈服现象。随着塑性变形继续增加，F内部位错密度急剧增多，集中在F/M界面上并产生塞积，同时导致应力持续增加，当M受到应力值达到其屈服极限时，M将会发生塑性变形，由于M发生塑性变形会缓解相界面上的应力集中；但当相界面上的位错塞积产生的应力集中M变形方向不一致时，会在相界面上出现空穴，该空穴将成为位错的“陷阱”，也会降低应力集中现象。因此，DP1180钢和QP1180钢具有较高的屈服强度和抗拉强度。QP1180钢在生产中进行淬火处理，再在Ms-Mf之间一定温度等温处理，造成C由M分配至Ar，这将会使Ar更加稳定，有效提高了钢的塑韧性，所以QP1180钢具有优良的伸长率。

3 结论

第一，DP1180钢的显微组织主要为马氏体（M）和铁素体（F）；QP1180钢的显微组织主要是马氏体（M）、铁素体（F）和极少量残余奥氏体（AR）。

第二，在空气中1×10-3s-1应变速率下DP1180和QP1180钢的断裂时间增加，延伸率也增加，屈服强度和抗拉强度几乎相同。

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