超高强钢冲压成形性能分析，干货来了！！！_行业资讯_资讯

为了满足汽车减重节能和碰撞安全的要求，开发出了一系列具有高强度、高碰撞吸收能等优异性能的先进高强钢。其中，以双相(DP)钢、相变诱导塑性(TRIP)钢、复相(CP)钢及马氏体(MART)钢为代表的第一代先进高强钢，在车身 A 柱、B 柱、门槛、防撞梁等安全部件上得到了广泛应用。为了更好地满足高强度等级和复杂形状兼顾的车身结构件的冲压成形需求，开发了强度和塑性兼备的新一代先进高强钢。QP 钢是 Speer 提出的一种全新的工艺，用来生产含有一定数量残余奥氏体的马氏体钢，具有优异的强塑综合性能。

以新一代先进高强钢 QP980 钢为研究对象，分析其加工硬化特性、成形极限、帽型拉弯试验中的侧壁减薄及回弹特性，并与第一代先进高强钢 DP980 钢进行对比，剖析超高强 QP980钢的冲压成形特点，为超高强 QP980 钢的冲压应用提供参考。

1 材料和方法

试验用材料采用宝钢量产的厚度为 1.0 mm 的QP980 钢和厚度为 1.2 mm 的 DP980 钢。采用 JIS13B号试样（50 mm 标距），在宝钢 Instron 电子拉伸机上进行力学性能测试。根据 GB/T 24171.2—2009，采用光学网格应变分析技术，在 Zwick BUP600 成形试验机上进行成形极限 FLC 曲线的测定。试样采用边长为 2.5 mm 的正方形网格，成形过程中采用特氟龙作为润滑材料，同时采用 4 个同步摄像头记录成形过程，选取颈缩前一时刻对图像进行应变计算，并选取主应变最大点作为试样的极限应变点。采用帽型拉弯试验来评价在梁型零件成形过程中，材料侧壁减薄特性和成形后的回弹特性。试验模具及其几何形状见图 1。

试验采用 300 mm×50 mm 矩形试样，试样长度方向分别沿材料的轧向和横向。凸模速率为 200mm/min，凸模行程为 50 mm，通过调整成形过程中的压边力来获得不同的板料流入量，在达到凸模行程50 mm 后，对成形流入距离进行测量，采用标记物标识成形后试样的边缘位置，其与板料成形前初始位置之差即为流入距离。采用壁厚千分尺测量成形后试样的侧壁厚度，在中间截面线上凸模圆角至凹模圆角处每隔 2 mm 取一测量点，选取最大减薄率。对回弹后试样进行光学扫描，测得不同压边力下试样回弹后的截面形状，并提取中间截面测量回弹角度和侧壁曲率。

2 结果和讨论

2.1 力学性能分析QP980 和 DP980 材料的力学性能见表 1，材料的应力应变曲线和应变硬化指数见图 2。

可以看出，两种材料均表现出连续屈服，以及较长的均匀延伸区间。由于 QP980 钢稳定化残余奥氏体的存在，使其具有与 DP980 材料同等强度级别下更高的伸长率。QP980 钢发生变形时，残余奥氏体在应力作用下发生马氏体相变，使 QP 钢在强度大幅度提高的同时，具有较好的相变诱导塑性，进而维持较高的瞬时应变硬化指数 n 值。QP980 钢良好的强塑积和加工硬化特性特别适合外形相对复杂、强度要求相对高的冲压件。

2.2 成形极限分析QP980 和 DP980 材料的成形极限曲线(FLC)见图3。

QP 钢由于相变诱导塑性效应，在成形时可以保持较高的瞬时应变硬化指数 n 值，进而提高了材料的成形极限。成形极限曲线的最低点对应平面应变状态的工程主应变 0 1,FLC e 。QP980（厚度为 1.0 mm）和 DP980（厚度为 1.2 mm）钢的 0 1,FLC e 分别为 17.8%和 12.7%。利用 Keeler 经验公式对两种材料的成形极限进行预测，平面应变状态对应的 0 1,FLC e 计算见式(1)：

通过对比可以看出，实验值和计算值的一致性较好，QP980 和 DP980 材料平面应变状态对应的 0 1,FLC e的偏差分别为 1.1%和 5.5%。

2.3 侧壁减薄特性分析试验材料在帽型拉弯试验中板料流入量和侧壁最大减薄率的关系见图 4。随着压边力的增大，板料流入距离减小，侧壁的最大减薄率增大。在不同的流入距离条件下，QP980 材料的侧壁减薄率均小于DP980 材料。对试验结果进行线性拟合，并在相同流入距离条件下，对比两种材料的侧壁减薄特性。在流入距离为 36 mm 的情况下，QP980 材料沿轧向和垂直于轧向试样的侧壁最大减薄率分别比相应 DP980材料的小 0.023 和 0.033。QP980 在梁型件成形过程中具有比 DP980 钢更优良的抗减薄性能。

2.4 回弹特性分析不同压边力下试验材料回弹后的截面形状以及回弹评价参数的测量方法见图 5。

侧壁回弹角度Δθ1=θ1−90°，θ1 为侧壁角，表征了凸模圆角处的回弹；法兰回弹角度 Δθ2=90°−θ2，θ2 为法兰角，表征了凹模圆角处的回弹；ρ 为侧壁曲率半径，用曲率 1/ρ 表征侧壁卷曲程度。试验材料帽型拉弯回弹量的比较见图 6。回弹量随着压边力的ρ增大而减小，QP980（厚度为 1.0 mm）材料的回弹量大于 DP980（厚度为 1.2 mm）材料。采用 QP 钢进行冲压成形时应考虑比同级别 DP 钢更大的回弹补偿量，或者采用更大变形量的工艺设计。

结论

1) 新一代先进高强钢 QP980 的伸长率达到21.6%，与 DP980 钢相比有更高的强塑积，在变形过程中能够维持较高的瞬时 n 值。

2) QP980 钢（厚度为 1.0 mm）和 DP980 钢（厚度为 1.2 mm）的平面应变状态点分别为 17.8%和12.7%。采用均匀变形结束时刻对应瞬时 n 值计算理论 FLC 曲线与实验值吻合较好，QP980 和 DP980 材料平面应变状态点的偏差分别为 1.1%和 5.5%

3) 在不同的流入距离条件下，QP980 材料的侧壁减薄率均小于 DP980 材料。QP980 在梁型件成形过程中具有比 DP980 钢更优良的抗减薄性能。

4) 综合以上研究表明，宝钢新一代先进高强钢QP980 具有良好的成形性能，在梁型件成形过程中具有优良的抗减薄特性。

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