Seção de material (2) ：Aplicação da série de aço bifásico (aço DP): HC250/450DP ~ HC820/1180DP

一、Noções básicas de materiais: O que é aço bifásico (DP)?

1.1 Princípio Fundamental

A microestrutura do aço duplex consiste em uma matriz de ferrita macia e ilhas de martensita dura. A martensita está dispersa na forma de ilhas na matriz de ferrita. Esta estrutura “esponja + pedra” permite possuir simultaneamente as seguintes características:

• Excelente ductilidade e conformabilidade proporcionadas pela ferrita

• Alta resistência e resistência à deformação proporcionada pela martensita

1.2 Convenção de Nomenclatura de Graus

II. Propriedades principais: Tabela de comparação de parâmetros de série completa

2.1 Composição Química (Análise da Panela, Fração de Massa%)

Todas as classes adotam um sistema básico de composição C-Si-Mn. Elementos de liga traço como Nb, Ti, Cr e Mo são adicionados para refinar os grãos e melhorar a temperabilidade. A quantidade total de elementos de liga não excede 1,5%.

A composição química da série DPD+Z galvanizada por imersão a quente é exatamente a mesma do aço DP laminado a frio correspondente, com apenas um revestimento superficial adicional aplicado.

2.2 Propriedades Mecânicas à Temperatura Ambiente (Parâmetros Principais)

Os dados abaixo são resultados de testes de amostras transversais P17 de acordo com GB/T 228.1-2021, aplicáveis a medidores regulares com espessura variando de 0,7 mm a 2,5 mm.

2.3 Propriedades Mecânicas da Série DPD+Z Galvanizada por Imersão a Quente

As propriedades mecânicas da série galvanizada por imersão a quente são basicamente consistentes com aquelas do substrato laminado a frio, exceto que o alongamento após a fratura diminui ligeiramente em 1~2%.

2.4 Interpretação das Propriedades Chave

•Relação rendimento/tração: Geralmente varia de 0,54 a 0,70, muito inferior à do aço convencional de alta resistência (0,75 a 0,90). Uma relação rendimento/tração mais baixa significa menor retorno elástico de estampagem e maior precisão dimensional das peças.

•Taxa de endurecimento por trabalho:  Na zona de baixa deformação (2% - 3%), a taxa de endurecimento por trabalho pode atingir 140 - 220 MPa, dispersando efetivamente a tensão durante o processo de conformação e evitando estrangulamento local.

•Propriedade de endurecimento no cozimento: Após cozimento a 170°C por 20 minutos, o limite de escoamento pode aumentar em 30 - 150 MPa, aumentando significativamente a resistência em serviço da peça.

•Sensibilidade à taxa de deformação: Sob condições de colisão (taxa de deformação: 10²–10³ s⁻¹), a resistência ao escoamento aumenta em 10%–30% e a taxa de absorção de energia de colisão é mais de 50% maior do que a do aço comum com baixo teor de carbono.

三、 Processo de produção: como fabricar aço duplex?

3.1 Fluxo de produção de aço bifásico laminado a frio

Pré-tratamento de metal quente → Fabricação de aço conversor → Lingotamento contínuo → Laminação a quente → Decapagem → Laminação a frio tandem → Recozimento contínuo → Laminação de têmpera → Produto acabado

Procedimentos Básicos de Recozimento Contínuo:

•Aquecimento: Aqueça até a região bifásica de 780–870 ℃ a uma taxa de 5–15 ℃/s.

• Imersão: Mantenha por 30–120 segundos para homogeneizar totalmente a austenita.

•Resfriamento lento: Resfrie até 650–700 ℃ a 1–5 ℃/s para formar 50%–80% de ferrita.

•Resfriamento rápido: Resfrie até 200–300 ℃ a 10–40 ℃/s, e a austenita residual se transforma em martensita.

• Tratamento excessivo: mantenha entre 200 e 300 ℃ por 60 a 300 segundos para eliminar o estresse interno

A relação correspondente entre o conteúdo e a resistência da martensita:

•DP450/500: Conteúdo de martensita 10%–20%

•DP590: Conteúdo de martensita 20%–30%

•DP780: Conteúdo de martensita 30%–50%

•DP980: Conteúdo de martensita 50%–70%

•DP1180/1470: Conteúdo de martensita 70%–90%

3.2 Diferenças de produção de aço bifásico galvanizado por imersão a quente (DPD+Z)

A produção de aço duplex galvanizado por imersão a quente é realizada em uma linha contínua de galvanização por imersão a quente. As principais diferenças são as seguintes:

•A temperatura do pote de zinco é de aproximadamente 460°C. Depois que a tira de aço sai do recipiente de zinco, ela precisa ser resfriada rapidamente abaixo do ponto Ms a uma taxa de ≥30°C/s.

•O aço exige maior temperabilidade. Traço de boro (B) é comumente adicionado para melhorar esta propriedade.

四、 Aplicação industrial: onde o aço bifásico é usado em automóveis

4.1 Aplicações Típicas por Grau de Resistência

4.2 Aplicações Especiais em Veículos de Novas Energias

•Sistema de bateria: HC550/980DPD+Z e HC820/1180DPD+Z são os principais materiais para carcaças e estruturas de baterias. A camada de zinco fornece 1.440 horas de capacidade de proteção neutra contra névoa salina, atendendo aos requisitos de corrosão eletrolítica

•Estrutura da carroceria: HC1000/1470DP (aço Giga) foi adotado por vários modelos da Changan Mazda, BYD e outras marcas. Atinge uma redução de peso de 15% a 20% em comparação com o aço DP980.

•Sistema de chassi: O aço DP galvanizado a quente é utilizado para suportes de suspensão, eixos de transmissão e outras peças, com resistência à corrosão qualificada para uma vida útil superior a 10 anos.

4.3 Outras Aplicações Industriais

•Maquinaria de construção: braços de escavadeira, peças estruturais de carregadeira

• Eletrodomésticos: tambores internos da máquina de lavar roupa, suportes do compressor do ar condicionado

•Trânsito ferroviário: componentes da carroceria do metrô, estruturas dos assentos

五、 Simulação CAE: pontos-chave para simulação de aço bifásico

A simulação de aço bifásico se enquadra principalmente em duas categorias: simulação de estampagem e simulação de segurança contra colisões. O software comumente usado inclui LS-DYNA, Abaqus, AutoForm e PAM-STAMP.

5.1 Principais modelos de materiais no LS-DYNA

5.2 Principais parâmetros constitutivos - Parâmetros elásticos básicos (aplicáveis a todos os aços duplex)

• Módulo elástico E: 206 GPa

• Índice de Poisson PR: 0,3

• Densidade ρ: 7,85 × 10⁻⁹ t/mm³

Parâmetros do modelo de taxa de deformação Cowper-Symonds

Fórmula: σ_dyn = σ_stat × [1 + (ε̇/C)^(1/P)]

5.3 Notas sobre Simulação

1. Curvas de tensão-deformação plástica verdadeira devem ser adotadas em vez de curvas de tensão-deformação de engenharia.

2. O efeito da taxa de deformação deve ser considerado na simulação de colisão; caso contrário, a resistência do material e a capacidade de absorção de energia serão subestimadas.

3. A malhagem das áreas críticas deve ser controlada entre 3 e 5 mm, uma vez que a previsão de falhas é altamente sensível à malhagem.

4. O revestimento galvanizado por imersão a quente tem um impacto menor nas propriedades mecânicas e geralmente pode ser ignorado; entretanto, o efeito do revestimento deve ser considerado na simulação de soldagem.

5. Todos os parâmetros devem ser derivados de dados reais de testes de materiais para evitar desvios causados por parâmetros gerais.

VI. Conclusão

O aço bifásico apresenta uma excelente combinação de resistência e ductilidade, tornando-o um material de núcleo indispensável para a indústria automotiva. Nossa linha completa de produtos abrange classes desde DP450 de baixa resistência até DP1470 de ultra-alta resistência, que podem satisfazer os requisitos de aplicação para todas as peças automotivas, desde painéis de carroceria até componentes críticos de segurança.

Com as crescentes demandas por redução de peso e segurança em veículos de novas energias, maior resistência (acima de 1.500 MPa) e melhor resistência à corrosão do aço bifásico se tornarão a direção de desenvolvimento futuro. Ao mesmo tempo, o avanço contínuo da tecnologia de simulação CAE promoverá ainda mais a expansão da aplicação do aço bifásico, ajudando as montadoras a atingir a meta de "mais leve, mais seguro e mais econômico".

•O peso típico do revestimento varia de 60 a 120 g/m², o que confere ao aço excelente resistência à corrosão.