Si元素对镀锌高强钢点焊接头液态金属脆化破坏的影响机制研究
批准号:
52101042
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
丁凯
依托单位:
学科分类:
金属材料制备与加工
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
丁凯
中文摘要
液态金属脆化(LME)是镀锌QP钢、TWIP钢等高强汽车钢电阻点焊中易于产生的一种典型缺陷,极大阻碍了此类高强钢在汽车行业中的推广和应用。申请人与宝钢的合作团队在前期研究中发现镀锌高强钢中Si含量与电阻点焊接头中LME裂纹的产生有直接的关联,但Si元素的作用机理及其与LME裂纹产生的内在关联机制尚未厘清。本项目拟基于QP高强钢中Si元素含量的针对性调控,并结合接头力学性能测试、微区凝固过程分析、组织演变表征和接头的应力场及温度场分布仿真模拟等研究手段,系统研究镀锌高强钢点焊接头LME裂纹产生的规律及内在作用机制。基于LME裂纹附近的元素与物相属性尤其是Si元素的分布特征,诠释Si元素与镀锌高强钢点焊过程LME裂纹形成的内在关联机制,由此建立点焊接头成分调控与力学性能的关联模型,并为镀锌高强钢点焊接头力学性能的改进提供理论依据与研究基础。
英文摘要
The development and application of galvanized high strength steels containing QP and TWIP steels is hindered by the formation of liquid metal embrittlement (LME), which is a typical defect in the spot welded joint for galvanized high strength steels. It is found that there exists a direct correlation between Si content and the formation of LME, while the internal effect of element Si and the its intrinsic mechanism relieving the LME cracks are still unclear. Based on the adjustment of Si content in QP steel, the characteristics including the mechanical properties, micro-zone solidification process, microstructure evolution and stress/temperature fields will be investigated to obtain the distribution law of the LME cracks in this project. Based on the element distribution characteristics, especially for the element Si, and phase characterization in the region near the LME cracks, the formation mechanism of LME cracks during spot welding is anticipated to be revealed. Combined with the mechanical property test, the intrinsic interaction mechanism between the composition modulation and property improvement is anticipated to be clarified. This project is helpful to reveal the formation mechanism of LME, and it will offer theoretical basis and direct experimental evidence for the microstructure modulation and mechanical property improvement of the spot welded galvanized high strength steels.
本项目设计了不同组元的高强钢,主要探究Si含量对镀锌高强钢点焊LME敏感性的影响规律及作用机制。探究Si对高强钢可镀性、组织演变及性能影响,分析高强钢点焊LME区域与其附近元素分布和物相属性之间的联系,并归纳提炼出LME产生机制,为汽车工业实际生产中解决LME提供理论依据和实验基础。. Si对镀锌高强钢点焊LME敏感性有着显著的负面影响,随着钢中Si含量提高,其LME敏感性也随之提高。Al能一定程度上缓解镀锌高强钢点焊LME敏感性,钢中Si含量相同的情况下,较高Al含量的高强钢的点焊LME敏感性更低。. 高强钢中硅含量提高,镀锌层厚度会一定程度上减小。高硅含量的3#试样(1.5wt.%Si)的镀锌层厚度最薄,但其LME敏感性最高,表明提高Si含量不利于钢板的镀锌性能,但镀锌层厚度对LME的敏感性影响不大。不同组元高强钢的组织都是由马氏体和铁素体组成,且钢基体表层存在一层脱碳层,不同成分的试样母材组织中的马氏体和铁素体的比例和尺寸存在差异。Al能促进产生细小的马氏体和较大的铁素体组织。. Si含量提高钢强度也随之提高,Al能部分替代Si起到提高钢强度的作用。同样,点焊试样母材硬度随Si含量的提高而提高,Al也起到提高母材硬度的作用。. 钢中的合金元素(如Si)决定了LME敏感性大小,元素的相互作用影响着LME裂纹的产生及扩展。液态锌沿晶界渗入会与晶界周围的钢基体反应形成脆性G-Fe3Zn10金属间化合物,降低晶界结合力并使裂纹尖端的钢基体持续脆化,可加速LME裂纹的扩展,最终导致严重的LME裂纹。Zn的氧化伴随着液态Zn的渗入而发生,生成的脆性氧化物ZnO分布在晶界内,在拉应力下容易开裂,使得裂纹尖端的液态Zn持续渗入,触发和加速裂纹扩展。内氧化层有利于高强钢镀锌性能的提高,通过提高退火气氛露点能够使高强钢产生内氧化。高强钢表层的内氧化层和分布在基体晶界中的内氧化物SiO2能够降低液态锌的渗入动力,从而减轻LME。
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