QP980 钢：高强度高塑性的第三代高强度钢，解决汽车零件成形难题

摘要：QP钢是一种具有高强度和高塑性的第三代高强度钢。为论证QP980的冲压成形能力，采用虚拟成形分析与冲压试验相结合的方法，对第三代汽车用高强度钢板QP980进行了研究。将QP980与汽车常用的4种高强度钢板CR340、DP600、DP800、DP1000进行了冲压成形性能对比。研究结果表明：QP980的强度略高于DP10000，而冲压成形性能略优于DP600。第三代QP钢的应用可以解决高强度、复杂形状零件的成形问题，QP980可在汽车安全性、轻量化研究方面发挥重要作用。

关键词：第三代高强度钢；QP980；实验模具；成形性能

介绍

随着能源问题的出现和环保法规的不断完善，在保证安全性能的同时进行整车的轻量化设计成为了当前汽车行业的发展方向，由于车身约占汽车重量的20%，因此车身，特别是车身框架的轻量化设计是整车轻量化的关键。

采用高强度钢特别是超高强度钢是目前减轻车身重量最经济有效的途径，以双相钢DP、TRIP钢、MS钢为代表的高强度钢在A柱、B柱、门槛加强件、车门防撞杆等为代表的车身安全件、结构件中得到广泛应用，但由于成形性能的限制，有时不能满足一些需要同时兼顾强度等级和形状复杂性的车身框架零件的冲压成形需要。

为了更好地为汽车轻量化设计提供优质材料，学者们开始对第三代高强度钢板进行研究。2013年，宝钢股份有限公司（宝钢）在全球率先开发并量产了第三代超高强度钢———QP钢，即淬火延性钢。该类钢不仅具有超高强度，而且延伸率高，特别适合于生产形状比较复杂、强度要求较高的冲压件，QP高强钢充分利用了超高强度钢板的塑性和加工硬化特性，可以更好地实现减重，优化整车性能。掌握QP高强钢的成形性能及成形极限是QP钢冲压应用的前提和基础。

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研究对象

本文选取宝钢第三代高强钢代表产品QP980为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方法，研究其冲压性能。为充分说明QP980的成形能力，选取4种常用高强板CR340、DP600、DP800、DP1000进行对比试验。图1为钢种塑性阶梯图。QP980的化学成分如表1所示。

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实验测试

2.1 实验件选择

如图2所示，A柱铰链板是车身重要的安全部件，其所处的位置决定了它对车内主副驾座位人员的保护起着关键作用，因此该部件的强度要求越高越好。但此部件形状相对复杂，局部区域成形较困难，所以一般采用DP600级材料。

2.2 实验方法

为了全面研究QP800的冲压成形性能，选取CR340、DP600、DP800、DP1000四种常用高强度钢板进行对比研究。

2.2.1 单轴拉伸试验

每种材料沿与板材轧制方向0°、45°、90°方向制备拉伸试样，每个方向各取3个试样，每种材料共取9个试样，如图3所示。

通过对五种材料进行单轴拉伸试验，测量了QP980及常用高强度板材的力学性能，可以从理论上分析QP980及常用高强度板材的成形性能，为冲压成形数值模拟提供准确的力学性能参数。

2.2.2冲压成形试验

设计制造A柱铰链板拉深工艺OP10的模具，如图4所示。通过实际冲压研究QP980及常见高强度板的成形能力，由于需要一套模具试验5种高强度板材料，且最高可达到100MPa的超高强度。因此，为了保证实验成功，工艺设计尽量保持均匀的拉深深度，保证零件一次拉深，保证足够的压边力，在模具设计方面，采用氮气缸提供稳定的压边力，拉深用凹凸模最小壁厚达到100mm，为后期调整回弹留出足够的加工余地，考虑可能出现的镶件及垫片的再加工，更换镶件，甚至降低闭合高度再加工的情况。

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实验结果与讨论

3.1材料力学性能测试结果及分析

CR340、DP600、DP800、DP1000、QP980五种材料的力学性能参数测试结果如表2所示。

从五种材料的试验结果看，第三代高强钢QP980的伸长率与DP600接近，各向异性参数略高于DP600，说明QP980的成形能力与DP600相近。从材料抗拉强度指标看，QP980的抗拉强度为1027MPa，已经超过了DP1000的抗拉强度1011MPa，说明QP980的强度与DP1000相当。

3.2 冲压实验结果对比

冲压实验中，CR340、DP600、DP800、DP1000、QP980五种材料的板厚、毛坯尺寸完全相同，板厚均为1.0mm。选取产品上的A点（开裂风险较高的点）作为参考点，如图5所示，对比不同材料的成形性能。

3.2.1 冲压模拟结果对比

首先利用AUTOFORM软件对冲压工艺进行优化，确保5种高强钢材料冲压试验采用相对优化的成形工艺，采用氮气缸对经过数值模拟优化后的5种高强钢材料边缘进行压紧，压紧力为980kN，拉深成形模拟结果如图6所示。

A点减薄率模拟结果如表3所示。模拟结果表明，第三代高强钢QP980在A点的减薄率小于DP600。各项指数均小于DP600，但各向异性参数r大于DP600。模拟结果表明QP980的成形性能略优于DP600。

3.2.2 冲压实验结果对比

为了进一步验证理论分析与数值模拟结果，对CR340、DP600、DP800、DP1000、QP980五种材料进行了冲压试验，结果如图7所示。DP1000在A点处发生开裂，而其余材料均未发生开裂。用测厚仪测量了A点的实际减薄率，结果如表4所示。试验结果表明，数值模拟结果比较准确，QP980的减薄率略小于DP600，充分说明了QP980的实际冲压成形能力略优于DP600的冲压成形能力。

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综上所述

（1）单轴拉伸试验表明，QP980的成形性略优于DP600，而材料强度与DP1000相当。

（2）通过A柱铰链板拉深成形试验及数值模拟方法，证明QP980的实际冲压成形能力与DP600相当。

（3）第三代高强度钢QP980可以成型强度要求高、形状复杂的零件，对提高汽车安全性、实现整车轻量化具有重要作用。