- 134 -微量元素对钢板冲压性能的影响以及汽车冲压件选材葛 辉（桂林大宇客车有限公司，广西 桂林 541003）【摘 要】文章详细介绍了微量元素对钢板冲压性能的影响以及汽车冲压件在选材时的注意事项，可供业内工程技术人员参考。
【关键词】板料冲压；微量元素；冲压件；选材 【中图分类号】TG386.4 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)11-0134-02（一）引言 板料冲压是一种低成本高效率的生产方法，在汽车工业中占有显著的地位，汽车冲压件所用的材料不仅要满足设计的技术要求，还应当满足冲压工艺要求。
汽车冲压件的工艺要求主要是：① 材料应具有良好的塑性尤其是优异的深冲性能；② 材料应具有良好的表面质量，特别是外部覆盖件应光洁、平整、无缺陷、无损伤，不允许成形后的零件表面出现滑移线；③ 材料应具有严格的厚度尺寸公差。
碳钢价格低廉，易于加工，是汽车工业应用最为广泛的金属材料，钢板冲压件在汽车零部件中的比例很大，而且形状越来越复杂。
在使用钢板制造各种形状及尺寸的构件时，一般会经过剪切、冲裁、弯曲、拉延和成形等工序，这些工序的完成都与材料塑性有着密不可分的关系。
（二）微量元素对钢板冲压性能的影响 碳钢中除了铁和碳两个基本组成元素之外，还包含了Si、Mn、S、P 等常存杂质元素，有时为了改善钢板的机械性能，往往人工添加一些合金元素，如Al、Ti、Nb 等，这些微量元素对钢板机械性能的影响不尽相同。
1.碳的影响 碳是钢中的一种最基本的元素，它对钢板强度尤其是抗拉强度的影响特别显著。
我们用公式来表示的钢板的屈服强度和抗拉强度分别为式（1）、式（2）中：h 为冷轧钢板的厚度。
式（1）、式（2）表明各元素对钢材强度的影响程度是不同的，从式（1）可以看出，碳对屈服强度σs 的影响仅次于Ti、P、V，从式（2）可以看出，碳对抗拉强度σb 的影响居首位。
含碳量增加，会增加钢材中Fe 3C 的数量，钢板的抗拉强度和屈服强度提高，塑性降低，使冲压性能恶化，特别是当Fe 3C 出现于晶界时，对冲压性能的不利影响更大，对冷轧钢板深冲性能的影响尤著。
因此，在汽车冲压件选材时，难冲件所用的冷轧钢板，往往是低碳钢（C≤0.12%或C≤0.08%），甚至是超低碳IF 钢（C≤0.008%）。
2.硅的影响 硅在钢中是一种有益的元素，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，所以钢中常含有0.20%～0.30%的硅。
硅是固溶强化元素，它的原子半径较大，硅固溶到铁素体中可使铁素体产生畸变，从而可以有效地提高铁素体的强度，硅还可以促进钢在回火时的碳化物析出，促进沉淀强化。
硅的置换固溶强化效果较大，但对韧性危害作用也大，高硅的含量会增加钢的轧制抗力，促进钢的脱碳和石墨化以及白点的产生。
硅溶于铁素体中，强化铁素体的作用很大，增加强度，降低塑性，含硅量越低越好，深冲压钢板不能用硅脱氧。
一般汽车用冷轧钢板，硅含量应控制在0.03%以下，对于冷轧双相钢板，多用硅和锰强化。
3.锰的影响锰在钢中也是一种有益的元素，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，钢中通常含有0.30%～0.50%的锰。
锰对冷轧钢板的r 值有不利影响，易形成MnS 夹杂，故锰含量应控制在0.35%以下，对超深冲冷轧钢板，Mn≤0.20%。
但锰有防止钢过氧化和避免冷轧钢板边部产生龟裂的有利作用。
锰对冲压性能的直接影响不大，锰和硫形成MnS 夹杂物，其数量和形态对冲压性能有一定影响。
16Mn 钢中MnS 夹杂，在轧制温度下具有好的塑性，轧制时沿着轧向伸长，形成细长条MnS 夹杂。
冲压成形时，这种夹杂物与金属界面分离而形成显微空洞，成为零件冲压开裂的起始点。
4.磷的影响磷为置换固溶强化元素，其强化能力很强，约为硅、锰的7～10倍，是生产高强度冷轧钢板的最佳元素。
超深冲级的高强度钢板在汽车车身上大量应用，均采用加磷来强化。
含磷高强度冷轧钢板有以下特点：（1）当磷原子进入铁原子晶格内，与铁原子置换形成固溶体。
因磷和铁原子的半径不同，在磷原子周围产生弹性变形而使钢强化。
（2）含磷高强【收稿日期】2009-07-02 【作者简介】葛辉（1970 －），女，广西桂林人，桂林大宇客车有限公司工程师，研究方向为钣金加工工艺。
更多资料查看：- 135 -度钢板呈现出良好的强-塑性平衡。
含磷高强度冷轧钢板随着强度的增加，伸长率下降甚微。
一般认为，伸长率是冷轧钢板塑性的良好反应，对于具有各类成形（拉深、胀形和弯曲等）联合成形工艺的汽车冲压用冷轧钢板更为重要。
（3）磷具有改善冷轧钢板塑性应变比γ值的作用。
γ值越高，表征薄板厚度方向较平面方向具有更大的变形抗力，冲压成形时厚度不易变薄，从而提高了深冲性能。
另外，磷对冷轧钢板性能也有不利影响：①磷在钢中容易偏析。
②磷有较明显的冷脆倾向。
钢中的碳含量越高，磷引起的冷脆性越大。
③由于磷的偏析作用，含磷冷轧钢板的力学性能较分散；受强度的制约，成形性能有一定的局限性；回弹和侧壁扭曲均比低碳钢板要大。
影响含磷冷轧钢板的弹性回复的主要因素是屈服强度，同时屈服强度还决定起皱的弹塑性性质。
对于高屈服强度的高强度钢板，失稳为弹性；对于低屈服强度的冷轧钢板，失稳为塑性。
随着屈服强度增加，回弹加大，侧壁扭曲增加，而且零件的起皱高度也在增加。
磷显著地增加强度和脆性，并有偏析倾向，易于形成带状组织，这些都对冲压性能不利。
5.硫的影响硫在钢中是一种有害杂质，它降低钢的延展性及韧性，所以在优质钢中其含量控制在0.045%以下，就是在普通钢中也不得大于0.055%。
硫对冲压用冷轧钢板，是一种有害无益的元素，尽可能降低到最小含量。
硫易形成硫化物，硫化物的数量、形状和分布对冲压性能有很大影响，数量多、且呈细长条状分布的硫化物对冲压性能不利。
6.铝的影响把铝加入钢中主要有三个作用：①作为强脱氧剂或最终脱氧剂，使之成为铝镇静钢；②铝和钢中氮形成AlN，显著降低钢板的“应变时效”倾向；③铝是冷轧钢板获得薄饼形晶粒的必要条件，而博饼形晶粒有利于深冲性能。
钢中铝的最佳含量为其质量分数Al ϖ=（0.03～0.05）%。
7.钛和铌的影响钛有脱氧、细化晶粒和改变硫化物夹杂形态的作用。
钛能使钢的内部组织致密，提高钢的强度。
在超低碳钢（C≤0.005%、N≤0.004%）中加入适量的钛和铌，使钢中C、N 原子被固定成碳氮化合物〔Ti（C，N）、Nb（C，N）〕来保证钢板的深冲性能。
钢中添加铌的一个主要作用优点是可使钢在成分和产品规格范围较宽的情况下获得优良的力学性能。
含铌钢微合金强化的主要机制有固溶强化、晶粒细化、析出强化。
铌的首要作用是细晶强化。
铌是强碳氮化物形成元素，在钢中与碳、氮结合可形成NbC～NbC0.87、Nb（CN）、NbN 等中间相。
在再结晶过程中，因NbC、NbN、Nb（CN）对位错的钉扎和阻止亚晶界的迁移使得再结晶时间大大延长，且随析出量的增加而增大。
铌的另一个重要作用是析出强化，Nb 的碳氮化物析出相作为障碍物与可动位错的交互作用是造成析出强化的本质。
在铌含微量时，铌的强化能力大于钛。
为节约合金元素，降低钢的生产成本，目前国内外大量应用热轧含铌钢板生产汽车纵梁和横梁等。
因为钛优先与氮化合并与硫形成钛硫化合物，增加了钛在钢中的含量。
要获得同级强度的钢板，铌含量仅为钛含量的1/3左右。
但钢中含硫量较高时，钛钢优于铌钢，因为钛能够改变钢中硫化物夹杂的形态。
（三）结束语钢材中微量元素的种类和含量极大地影响着钢材的性能，充分关注因这些元素存在而引起的钢板冲压性能的变化，合理选材，对汽车冲压件的成形是至关重要的。
【参考文献】[1] 王新华.汽车冲压技术[M].北京:北京理工大学出版社,1999.[2] 张晓明.实用连铸连轧技术[M].北京:化学工业出版社,2008.[3] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[M].北京:人民交通出版社,2001.[4] 史美堂.金属材料及热处理[M].上海:上海科学技术出版社,1980.（上接第200页）万元，2007年867万元，2003～2007年五年期间共上缴国家税金2046万元，为增加国家和广西地方的财政收入做出贡献。
四年投入固定资产681.2万元，提高了我院技术装备水平和劳动生产力，实现了自我积累、自我完善、自我更新、自我发展的良性循环。
几年来，国有资产保值增值率达168％，确保了企业发展后劲。
并用创收盈余建立了科研奖励基金，重奖获得科研成果奖的科技人员。
事业发展基金有一定的积累，购置、更新了较多的科研仪器设备，改善了科技人员的工作、生活条件，科技人员的收入也有较大的提高，从2003年全院人均收入2.9万元增加到5.6万元，正确处理了国家、集体、个人三者利益关系，所以说科技经济承包责任制是可行的。
2008年在南宁市开展纳税信用等级评定中，经南宁市国家税务局、南宁市地方税务局、自治区地方税务局直属税务分局联合评定，我院及广西建科院监理公司在自治区税务局直属税务分局管理的数千家企业中胜出，两个单位同时被自治区税务局直属税务分局评为“纳税信用等级A 级企业”授予了“A 级纳税信用等级证书”和“A 级纳税信用等级单位”牌匾。
这是一个难得的殊荣，是社会对我们的高度肯定，提高了我院的信用形象和企业的社会信誉。
同时，广西科建建筑工程有限公司2006年也被评为“南宁市西乡塘区二○○六年度经济工作纳税突出贡献企业”。
（六）结语综上所述，科技经济承包责任制确实是深化科技体制改革的一个切实有效的改革措施，它推动了我院改革的步伐，增强了我院发展后劲，加快了成果转化速度，使我院建设成具有开放、竞争、自我发展机制、科工贸一体化的行业科技开发服务中心，科研水平、科研后劲发展能力、经济效益大幅度提高，所以说科技经济承包责任制不失为提高科研经济效益的有效途径。