新开发DP双相钢原料配方、生产工艺及性能特点

汪仲华

【摘 要】鞍钢钢研院新开发的GDPT06，GDPT08新冷硬钢种材料，做为DP600/DP800双相钢的原料投料，生产出来的镀锌产品相比传统的原料投料，具有更好的材料性能。为了生产该高扩孔率，高塑性加工成型性的新材料，需使用高冷速，预氧化工艺的镀锌生产工艺。

【关键词】双相钢；扩孔率；性能；新钢种

引言

为了满足汽车产业发展轻量化、低燃油消耗以及安全性的要求，高强钢镀锌已成为目前研发的热点。铁素体马氏体双相钢的产生是高强度钢领域的一个重要突破，也是高强度钢开发研制中的一个里程碑。双相钢以其低屈强比、高初始加工硬化速率、良好强度和延性的配合等优点，已发展成为一种成型性良好的新型高强度冲压用钢，成为现代汽车用钢的重要组成部分。

1.新开发的DP600/DP800双相钢背景及意义

双相钢又称复相钢，其主要组织为铁素体与马氏体相组织，是低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得。这类钢具有高强度和高延性的良好配合，已成为一种强度高、成形性好的新型冲压用钢。

其中，590MPa级和780Mpa双相钢镀锌板在汽车制造中的使用比例大，主要应用于汽车的加强件和结构件。目前鞍钢市场上使用的传统DP600/DP800自向汽车厂供料以来，经常出现双相钢冲压开裂的情况，影响客户生产效率。在此背景下，鞍钢钢研院研制了新的DP600/DP800对应的冷硬原料钢种GDPT06/GDPT08。

2.新钢种的原料配方

相比传统的DP600/DP800双相钢镀锌原料，新研发的GDPT06/GDPT08新钢种降低了C、Mo元素含量，增加了Nb元素含量，降低了成本￥500-800/吨，更重要的是提高了整体的材料性能。

3.新钢种的工艺控制及产品性能

笔者经过双相钢产品工艺测试及数据汇总，后续批量的生产固化参数，总结出合适的镀锌工艺。590Mpa强度级的镀锌生产过程中，钢带在退火炉速度55-75m/min，均热温度820-840℃，缓冷温度670-690℃，快冷温度420-460℃，合金化温度470-520℃，顶辊温度160-180℃，光整延伸率0.4%。780Mpa强度级的镀锌生产过程中，钢带在退火炉速度50-75m/min，均热温度830-850℃，缓冷温度670-690℃，采用高氢快冷、快冷温度300-360℃，合金化温度470-520℃，顶辊温度160-180℃，光整延伸率0.4%。780Mpa强度级通过高氢快冷工艺，提高冷却速度，可以显著提高DP800高强钢的屈服强度和抗拉强度，这和提高冷却速度后马氏体量显著增加有关。

使用新配方以及生产工艺生产的高强度双相钢，可以保证钢板最终组织为铁素体和马氏体，马氏体以岛状大小均匀的弥散分布在铁素体基体上。其中590Mpa级双相钢抗拉强度介于590-650MPa，屈服强度介于340-380Mpa之间，延伸率超过23.5%，扩孔率平均为75%。780Mpa级别双相钢抗拉强度介于780-850Mpa，屈服强度介于450-500Mpa之间，延伸率超过15%，扩孔率平均为22%。新开发的双相钢种的强度和延性匹配良好，具有高的扩孔率数据，较低的屈强比，客户使用安全，满足现代汽车轻量化、安全环保和低成本制造要求，最重要的是解决了旧钢种冲压频繁开裂的难题。

笔者收集了新钢种，传统钢种，其它两家钢厂的数据进行对比，如图2，可发现590Mpa和780Mpa强度级别的双相钢新钢种在屈服强度、断后延伸率、扩孔率等性能指标均占优一定优势。

对比590Mpa级新钢种GDPT06和旧钢种590DP的金相图可发现，新钢种中白色铁素体和黑色马氏体的组织分布更为均匀，晶粒更为细小。

4.表面状态

两种双相钢Si、Mn元素含量较高，在热镀锌退火过程中，合金元素析出富集在带钢表面，并在带钢表面形成颗粒状氧化物。目前的热镀锌工艺需在退火炉中使用预氧化工序，使大部分Si、Mn元素在铁基内部提前氧化。

未进行预氧化的钢板表面几乎布满了氧化物颗粒，而经过预氧化的钢板表面明显要比前者少很多。这主要由于钢板进入露点较高并具有微弱氧化能力的退火炉加热段时，预氧化后钢板表面主要为Fe的氧化物，Si、Mn合金元素的氧化较少，之后钢板表面氧化物被还原成海绵铁，而Si、Mn合金元素氧化物被覆盖在海绵铁之下，产生内氧化现象。

不同露点的退火炉气氛会使钢板表面生成不同厚度的Fe的氧化层，露点越高，厚度越大，对表面氧化物颗粒的覆盖作用会越大。

热浸镀锌层的质量和附着力与Fe-Al抑制层的生长状况有很大关系，而钢板表面氧化物形貌又直接影响抑制层的生长。未经预氧化的热浸镀板界面抑制层颗粒生长极不充分，未形成连续致密的抑制层。而经过预氧化的热浸镀锌界面抑制层颗粒相互之间衔接紧密，几乎都组成了连续且致密的抑制层。

5.具体应用情况

590Mpa级新钢种和780Mpa级新钢种的强化方式为复合强化，具有低屈强比，初步加工硬化速率快，无屈服延伸的特点，具备烘烤硬化性能，能在车漆喷涂后烘烤后屈服强度增加，拥有更好的加工成形性。

新钢种拥有高扩孔率、开孔时不易开裂，不易造成裂纹扩展的优点。无论纯锌或者锌铁合金产品，优异材料特性使焊接性能方面处于同级别材料领先水平。

新材料可以在同一零件上同时实现扩孔、拉伸、弯折等复杂形变，可应用于形状复杂的零部件，适用于车体主要使用部件：边梁、侧面构件、横梁、支柱、底盘加强件、油箱支架等汽车车体结构件、加强件以及门内板，具有极其优秀的机械性能。

车身设计根据产品用途、使用条件、载荷大小、经济型要求、轻量化原則等，选用合适性能的材料做构建交叉点连接件，满足车身连接结构的钢结构性能。新材料可以满足零部件的深冲压需求，同时可以保证在轻量化的需求上满足钢性需求。

骨架结构由密闭断面的矩形管构成，要求具有很高的焊接性能和防腐性能，新材料在提高车身构件的强度和扭转刚度的同时在焊接装配中，体现优良的焊接性能，镀锌的应用，极大的提高产品的防腐性能。

结语

（1）590Mpa级和780Mpa级新钢种在原有传统钢种的基础上增加了C、Mo元素含量，降低了碳当量，增加了Nb元素含量，大大降低了冶炼成本，在保证材料整体强度的基础上提高了双相钢的延展性，同时具有更高的扩孔率，提高了双相钢在汽车市场的适用性。

（2）新材料需匹配炉内快速冷却，预氧化的工艺，确保优异的材料性能和良好的表面质量。

（3）新材料良好的加工成型性目前大批量的应用于汽车车体的连接件，骨架结构件等，满足车身结构的轻量化、高深冲性能、高防腐等要求。

参考文献：

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[2]冯士杰，江社明.预氧化对第三代汽车钢热浸镀锌的影响[J].金属热处理，2014，（39）：29-30

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（作者单位：鞍钢广州汽车钢有限公司）