近些年來(lái)，隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)保有量持續(xù)增大，汽車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。基于對(duì)行車(chē)安全、環(huán)保、燃油效率等方面的考慮，汽車(chē)制造商更著眼于車(chē)身減重、降低制造成本、提升產(chǎn)品性能等方面。汽車(chē)輕量化是降低能耗、減少二氧化碳排放的最有效手段之一。研究表明，汽車(chē)質(zhì)量每減少100kg，每百公里燃油消耗下降0.3~0.5L，二氧化碳排放減少8~11g。由此可見(jiàn)，汽車(chē)輕量化對(duì)于減少污染、節(jié)約能源等方面具有重要意義。
IF鋼(無(wú)間隙原子鋼)具備優(yōu)良的深沖性能，能滿足車(chē)身零件沖壓過(guò)程中對(duì)強(qiáng)度和成形性能的要求，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)車(chē)身覆蓋件等。IF鋼的主要強(qiáng)化方式是固溶強(qiáng)化，機(jī)理是通過(guò)添加磷、錳、硅等元素起到強(qiáng)化作用，其中磷元素是最經(jīng)濟(jì)，且固溶強(qiáng)化作用最強(qiáng)的元素；但I(xiàn)F鋼中添加的鈦、鈮元素使晶界強(qiáng)度降低，磷元素容易偏聚到晶界，導(dǎo)致IF鋼出現(xiàn)冷加工脆性現(xiàn)象。研究表明，向IF鋼中加入硼元素，能夠?qū)F鋼的微觀組織產(chǎn)生影響，改善IF鋼的二次加工脆性。來(lái)自首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院、綠色可循環(huán)鋼鐵流程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和北京首鋼股份有限公司的金磊、尉冬、關(guān)建東三位研究人員分析了不同硼元素添加量下IF鋼的微觀組織與成形性能，探索硼元素對(duì)IF鋼性能的影響規(guī)律。
01、試驗(yàn)材料
選取牌號(hào)為DC04，尺寸為0.7 mm(厚度)的IF鋼,在其他成分不變的情況下,向其中添加一定量的硼元素。將添加硼元素的IF鋼與不添加硼元素的IF鋼進(jìn)行710℃卷取+800℃退火處理，考慮到熱處理時(shí)會(huì)有硼元素殘留，因此材料中硼元素含量低于0.0002%時(shí)，判定為不含硼元素，熱處理后含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。
02、硼元素對(duì)IF鋼的影響
2.1 微觀組織
利用光學(xué)顯微鏡觀察含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼的顯微組織形貌，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼的顯微組織均為鐵素體，其中含硼IF鋼的平均晶粒尺寸為20μm，晶粒度等級(jí)為8級(jí)；無(wú)硼IF鋼的平均晶粒尺寸為22μm，晶粒度等級(jí)為8級(jí)。
對(duì)含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼進(jìn)行冷軋?zhí)幚恚缓髮?duì)成品的顯微組織進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：經(jīng)過(guò)冷軋工序后，含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼的晶粒尺寸均發(fā)生了較大變化，其中含硼IF鋼成品的平均晶粒尺寸為17μm，晶粒度等級(jí)為8.5級(jí)；無(wú)硼IF鋼成品的平均晶粒尺寸為21μm，晶粒度等級(jí)為8級(jí)。
對(duì)含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼冷軋前后的顯微組織形貌進(jìn)行對(duì)比可知，硼元素具有細(xì)化組織的作用。硼元素作為一種晶界偏聚元素，當(dāng)硼元素和鈦元素共存時(shí)，硼原子和鈦原子之間有相互吸引作用，導(dǎo)致硼元素和鈦元素在再結(jié)晶核的界面處共偏析，并強(qiáng)烈抑制了再結(jié)晶核的生長(zhǎng)，從而對(duì)IF鋼顯微組織起到了細(xì)化作用。
2.2 織構(gòu)含量
IF鋼的織構(gòu)發(fā)展需要經(jīng)歷3個(gè)階段：鑄造織構(gòu)、形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)。其中以再結(jié)晶織構(gòu)最為重要，因?yàn)樵俳Y(jié)晶之后會(huì)形成對(duì)IF鋼深沖性能有著極為關(guān)鍵作用的{111}織構(gòu)，{111}織構(gòu)越強(qiáng)烈、均勻，其深沖性能越好，因此對(duì)于含硼IF鋼與無(wú)硼IF鋼，對(duì)比二者{111}織構(gòu)的含量，可以直觀體現(xiàn)硼元素對(duì)IF鋼深沖性能的影響。
采用電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)對(duì)含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼的織構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示，織構(gòu)含量的計(jì)算結(jié)果如表2所示。由圖3和表2可知，無(wú)硼IF鋼中{111}織構(gòu)組分增加了7%，{112}織構(gòu)組分增加了5%，含硼IF 鋼的晶粒尺寸為17.317μm，無(wú)硼IF鋼的晶粒尺寸為21.21μm，與金相檢驗(yàn)得到的晶粒尺寸一致性較好，說(shuō)明無(wú)硼IF鋼的晶粒尺寸得到了粗化。
2.3 力學(xué)性能
冷軋后，對(duì)兩種IF鋼成品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如表3所示。由表3可知：無(wú)硼IF鋼成品相比含硼IF鋼成品，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有所降低，斷后伸長(zhǎng)率和加工硬化指數(shù)變化不大，但塑性應(yīng)變比有所提升，各向異性指數(shù)沒(méi)有明顯變化。可見(jiàn)，在退火過(guò)程中，IF鋼中發(fā)生了回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象，逐漸形成有利于深沖性能的{111}織構(gòu)。由金相檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，IF鋼的晶粒尺寸會(huì)因硼元素的添加而發(fā)生變化，在后續(xù)的冷軋工序中，IF鋼成品的顯微組織、退火再結(jié)晶時(shí)晶粒的形核和長(zhǎng)大過(guò)程同樣會(huì)受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致{111}織構(gòu)強(qiáng)度不同，最終影響材料的塑性應(yīng)變比。因此，硼元素對(duì)IF鋼的塑性應(yīng)變比有較大影響。
2.4 成形性能
成形極限圖(FLD)是研究材料成形性能，反映材料沖壓性能和沖壓工藝的重要參數(shù)，成形極限曲線(FLC)可用于進(jìn)行材料變形失穩(wěn)理論分析和建立應(yīng)變數(shù)學(xué)模型，因此FLC對(duì)研究硼元素對(duì)IF鋼成形極限的影響有著很重要的意義。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15825.8—2008 《金屬薄板成形性能與試驗(yàn)方法 第8部分：成形極限圖(FLD)測(cè)定指南》，利用剛性凸模脹形試驗(yàn)進(jìn)行FLD試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程如圖4所示，將一側(cè)板面噴有散斑的試樣置于凹模與壓邊圈之間，施加一定的壓邊力，壓牢試樣，在保證沖頭與試樣之間足夠潤(rùn)滑的條件下，試樣中部在凸模力作用下均勻變形，產(chǎn)生脹形變形，并形成凸包，當(dāng)試樣局部產(chǎn)生頸縮或破裂時(shí)，停止試驗(yàn)，采用在線光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)對(duì)試樣的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，從而獲得材料的成形極限。
含硼IF鋼和無(wú)硼IF鋼的典型力學(xué)性能如表4所示，二者的FLC如圖5所示。由圖5可知：當(dāng)次應(yīng)變小于0時(shí)，即單向拉伸變形階段，無(wú)硼IF鋼的主應(yīng)變要略高于含硼IF鋼；當(dāng)次應(yīng)變不小于0時(shí)，材料處于平面應(yīng)變和等雙向拉伸應(yīng)變狀態(tài)，含硼IF鋼的主應(yīng)變更高。說(shuō)明對(duì)于深拉延零件，無(wú)硼IF鋼的成形性能更好；而對(duì)于一些成形較為復(fù)雜，以拉脹成形為主的零件，含硼IF鋼的成形性能更好。
03、結(jié)論
(1) 添加硼元素會(huì)降低IF鋼中有利于深沖性能的{111}織構(gòu)組分含量。
(2) IF鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、加工硬化指數(shù)受硼元素影響不大，硼元素對(duì)塑性應(yīng)變比有較大影響，向IF鋼種添加一定量的硼元素，會(huì)使材料塑性應(yīng)變比降低。
(3) 向IF鋼中添加硼元素，可以提高IF鋼的平面應(yīng)變及等雙向拉伸應(yīng)變能力，然而對(duì)單向拉伸應(yīng)變則有不良影響。
