供稿|王亚东，杨天一 / WANG Ya-dong, YANG Tian-yi

双相钢的特点与应用

双相钢是以相变强化为基础，由低碳钢或者低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体基体上。软的铁素体通常是连续的，赋予双相钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性；而硬的马氏体则赋予其高的强度，同时铁素体在变形过程中会遇到硬相马氏体的阻碍产生大量位错而快速地产生加工硬化，有利于流变应力均匀分布，这样也促使双相钢具有良好的成形性能。双相钢具有低屈强比(σs/σb)、高初始加工硬化速率、高烘烤硬化性能、良好的强塑性匹配等特点[1-2]，已发展成为一种汽车用先进高强度冲压用钢。

双相钢一般用于需要高强度、高抗碰撞吸收能且有一定成形要求的汽车零件，如汽车B柱、纵梁、保险杠、悬挂系统及其加强件等。随着钢板的性能和冲压成形技术的进步，双相钢也应用于内外板等汽车覆盖件上。在国际钢铁协会ULSAB-AVC项目的用材情况和比例中，双相钢在其两种概念车车身用材料中位居主要地位，均达到74%，是汽车上高强度钢板使用量最大的钢种[3-4]。

成形性能研究过程及方法

微观组织及力学性能分析

如图1所示，DP590冷轧双相钢的显微组织主要由铁素体和分布在其周围的少量马氏体组成，铁素体晶粒尺寸约为11 μm。由这种双相显微组织产生优良的力学性能，如低的屈服强度、高的抗拉强度、高的加工硬化和良好的延伸率。厚度不同的DP590冷轧双相钢其马氏体含量也不同，厚度为1.5 mm和2.0 mm的DP590冷轧双相钢其马氏体含量分别为14.1%和12.9%。

图1 DP590冷轧双相钢的金相显微组织。(a)1.5 mm厚的DP590组织；(b)2.0 mm厚的DP590组织

图 2 DP590冷轧双相钢的SEM照片。(a) 1000倍下的DP590组织；(b) 5000倍下DP590组织

DP590冷轧双相钢在扫描电镜下观察，由图2可以看出马氏体岛具有明显的浮凸效应，并且具有白亮的边圈，而铁素体呈暗黑色。

DP590冷轧双相钢的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率、加工硬化指数和塑性应变比等参数均对其成形性有一定的影响。拉伸试验可以对双相钢的成形性能做初步的研究。

由表1可知，DP590冷轧双相钢的力学性能具有一定的优越性，但相比深冲用钢板，如DC06，其强度高、n值、r值和延伸率均较低[5]。屈服强度小的钢板在较小应力下容易流动，成形后回弹小，定型性好。屈强比越小，即屈服强度小，抗拉强度大，材料的加工硬化大，在冲压变形时，板料边缘变形所需的力就小，在变形过程中零件危险断面的承载能量越高，形成的壳体不易破坏，冲压性能较好。

n值的物理意义为单向拉伸出现颈缩时的变形量，n值越大，代表材料均匀变形的能力越强，于是局部破裂的可能性降低。对于以拉涨为主的变形，变形的均匀性显得重要，变形越均匀，总的变形量就大，因此n值越大，许可总的变形量大。

r值的物理意义为单向拉伸是宽度与厚度方向的应变比，r值越大，板面内变形比厚向变形更容易，于是材料不容易减薄，破裂的可能性降低。r值和材料的拉深性能优劣直接相关。双相钢DP590的r值小于1，这主要是由于在晶粒位相上存在着对r值不利的马氏体相，在塑性变形时在硬质马氏体周围产生了多重滑移导致变形杂乱所造成的。成形试验时，双相钢容易在厚度方向上变形而导致开裂。

延伸率与钢板的成形性能有密切的关系。延伸率直接决定着钢板在拉伸变形中的冲压性能，延伸率越大，钢材的塑性变形能力越好[6]。

表1 DP590冷轧双相钢的力学性能

扩孔试验及分析

将DP590冷轧钢板在凸模速度为10 mm/min、压边力为100 kN、控制载荷为5 kN的试验条件下进行扩孔试验。试验在板材成形试验机，依据GB/T 15825.4—2008进行，试验数据如表2所示，DP590冷轧钢板扩孔率较低，扩孔性能较差，因此翻边性能较差。

表2 DP590冷轧双相钢的扩孔试验结果

扩孔性能和DP590的金相组织及力学性能有着密切的关系，DP590钢板中的马氏体起到提高强度的作用，在成形过程中阻碍位错运动，产生加工硬化，应力应变指数n值迅速增加，导致DP590发生扩孔部分应力急速增加达到抗拉强度从而产生裂纹，扩孔试验终止。因此DP590的扩孔性能较差没有深冲用钢板优良[7]。n值越大在变形过程中应力分布均匀，成形程度越高，扩孔性能越好；延伸率越大，说明材料的可变形程度越大，随着延伸率的增加，扩孔率明显增加。

成形极限图的建立与研究

成形极限图可以较全面地表征各种钢板在各种应力状态下的成形性，是判断和评定板材成形性最为简单和直观的方法，是解决板材冲压成形问题的一个非常有效的工具[8]。绘制出成形极限图可以有效评价钢板的成形性能，具有一定的实际意义。依据标准GB/T 24171.2—2009，试验在板材成形试验机上进行，使用在线测量系统采集图像数据，绘制成形极限图FLD如图3所示。

FLD0(平面应变特征点)是材料在平面应变状态下的极限应变(e2=0)，其大小反映了材料的抗破裂能力，也是确定成形极限曲线位置的关键点。从图3可以看出，不同厚度DP590冷轧双相钢的FLD0为30%左右，成形性能良好。

图3 DP590冷轧双相钢的成形极限图。(a) 1.5 mm厚的DP590；(b) 2.0 mm厚的DP590

结论

(1) DP590的微观组织主要由连续分布铁素体和弥散分布的马氏体组成，晶粒尺寸约为11 μm。

(2) DP590的扩孔性能随其n值和延伸率的增加而增大；但DP590中含有的马氏体会降低其延伸率，使其扩孔性能相对较差。

(3) 建立成形极限图，DP590冷轧双相钢的FLD0为30%左右，成形性能良好。

[1] Heller T，End B，Ehrhardt B，et a1．New high strength steels production，properties＆applications//40th MWSP Conf Proc．ISS，1998．25

[2] Shi M F，Thomas G H，Chen X M．Formability Performance Comparison Between Dual Phase and HSLA Steels//43th MWSP Conf Proc．ISS，2001，165

[3] 王利，杨雄飞，陆匠心．汽车轻量化用高强度钢钢板的发展．钢铁，2006，41(9)：1

[4] 康永林，邝霜，于浩，等．汽车用双相钢的开发与研究进展．汽车工艺与材料，2005，(5)：1

[5] 张文瑞，曹阳根，杨尚磊，等．DC06钢极限拉深系数测定．锻压技术，2014，(39)，41

[6] 许可．影响钢板冲压成形极限因素的研究．机电产品开发与创新，2007，20(4)：20

[7] 陈占杰．冷轧深冲板成形性研究．沈阳：东北大学，2010

[8] 胡世光，陈鹤铮．板料冷压成形的工程解析．北京：国防工业出版社，2004，73