QP980 против QP1180 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

QP980 и QP1180 являются членами семейства высокопрочных сталей (AHSS), произведенных с использованием методов закалки и разделения (Q&P) или аналогичных контролируемых термомеханических и термических процессов. Их часто рассматривают параллельно в автомобильном и строительном дизайне, поскольку оба обеспечивают высокую прочность при стремлении сохранить как можно больше пластичности и ударной вязкости. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства обычно взвешивают компромиссы между прочностью, пластичностью/ударной вязкостью, формуемостью, свариваемостью и стоимостью при выборе между этими марками.

Основное техническое различие между ними заключается в целевой прочности на разрыв и металлургическом балансе, используемом для достижения этой прочности: QP1180 нацелена на значительно более высокую предельную прочность на разрыв, чем QP980, и поэтому легирующие элементы, контроль микроструктуры и температурный режим термообработки регулируются для того, чтобы пожертвовать некоторой пластичностью и легкостью обработки для достижения более высокого уровня прочности. Поскольку обе марки являются AHSS, произведенными с использованием обработки в стиле закалки и разделения, их обычно сравнивают по компонентам на прочность при столкновении, структурным усилениям и холоднокатаным/горячекатаным высокопрочным приложениям.

1. Стандарты и обозначения

• Общие промышленные контексты: автомобильные спецификации от OEM, технические паспорта продукции и региональные стандарты; конкретные обозначения ASTM/ASME, EN, JIS или GB не стандартизированы для собственных марок QP — многие заводы выпускают коммерческие листы под своими собственными названиями продукции.
• Классификация: как QP980, так и QP1180 являются высокопрочными низколегированными сталями / AHSS, произведенными с использованием закалки и разделения или связанных термообработок. Они не являются нержавеющими сталями, инструментальными сталями или обычными углеродными сталями в строгом смысле; они относятся к категории HSLA/AHSS.
• Типичные формы продукции: холоднокатаные рулоны, горячекатаные рулоны с последующим холодным уменьшением и пресс-упрочненные варианты в зависимости от поставщика и обработки.

2. Химический состав и стратегия легирования

Ниже представлено общее представление о легирующих элементах и способах их типичного использования в коммерческих сталях QP980 и QP1180. Точные составы являются собственностью и варьируются в зависимости от завода; обратитесь к химическому сертификату поставщика для получения точных значений.

Как легирование влияет на производительность - Прочность/закаливаемость: Mn, Cr, Mo и микролегирующие элементы увеличивают закаливаемость и позволяют достичь более высоких долей мартенсита при практических скоростях охлаждения. C увеличивает прочность мартенсита, но ухудшает свариваемость и пластичность. - Стабильность остаточного аустенита: Si и контролируемое C разделение стабилизируют остаточный аустенит, улучшая пластичность через эффект TRIP (пластичность, вызванная превращением) в некоторых вариантах Q&P. - Ударная вязкость и формуемость: минимизированные P и S, контролируемое микролегирование для контроля мелкозернистости и сбалансированное содержание C необходимы для поддержания энергии удара и растяжимой формуемости.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Типичные микроструктуры - Процесс Q&P дает микроструктуру, состоящую из мартенсита (закаленная часть), закаленного мартенсита или бейнита (в зависимости от разделения) и контролируемой доли остаточного аустенита. Остаточный аустенит может быть пленкообразным или блочным в зависимости от обработки. - QP980: целевая микроструктура предпочитает более высокую долю закаленного мартенсита плюс стабилизированный остаточный аустенит для сохранения пластичности при обеспечении ~980 МПа прочности на разрыв. - QP1180: требует более высокой объемной доли жесткого мартенсита и/или более прочной мартенситной матрицы с меньшим количеством остаточного аустенита; следовательно, микроструктура в среднем более жесткая и менее пластичная.

Термообработка и маршруты обработки - Закалка и разделение (Q&P): частичная закалка для формирования мартенсита, затем этап разделения при повышенной температуре, чтобы позволить углероду мигрировать из мартенсита в не трансформированный аустенит, стабилизируя остаточный аустенит. - Термомеханическая контролируемая обработка (TMCP): прокатка и контролируемое охлаждение для уточнения зерен и получения желаемых фазовых долей. - Закалка и отпуск или стратегии ускоренного охлаждения могут достичь аналогичных высоких прочностей, но с различной стабильностью остаточного аустенита и ударной вязкостью. - Практическое значение: QP1180 обычно требует более строгого контроля глубины закалки, температуры/времени разделения и легирования для достижения воспроизводимых свойств; QP980 допускает немного более широкий диапазон обработки.

4. Механические свойства

Представительное механическое поведение — абсолютные значения варьируются в зависимости от поставщика и обработки. Названия марок номинально указывают целевые предельные прочности на разрыв.

Объяснение - QP1180 более прочная, но имеет тенденцию жертвовать пластичностью и ударной вязкостью по сравнению с QP980, поскольку достижение более высокой прочности требует большей доли или прочности мартенсита и/или более высокого содержания углерода и легирующих элементов. QP980 балансирует прочность с большим количеством остаточного аустенита и отпуском, чтобы сохранить формуемость и поглощение энергии в эксплуатации.

5. Свариваемость

Свариваемость зависит от углеродного эквивалента, закаливаемости и микролегирования. Два общих эмпирических индекса:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Интерпретация (качественная) - Более высокая номинальная прочность и более высокая закаливаемость в QP1180 обычно повышают индексы углеродного эквивалента, увеличивая восприимчивость к образованию мартенсита в зоне термического влияния (HAZ) и риск холодного растрескивания. Это приводит к необходимости предварительного подогрева, контролируемых температур межпрохода и термообработки после сварки в некоторых случаях. - QP980 обычно демонстрирует лучшую производительность в сварном состоянии и более низкие требования к предварительному подогреву/после нагреву, чем QP1180, но все же требует надежной практики сварки (низкогидрогеновые расходные материалы, правильный дизайн соединений). - Микролегирование (Nb, V, Ti) и добавки бора могут увеличить локальную закаливаемость; их необходимо учитывать при планировании сварочных процедур.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни QP980, ни QP1180 не являются нержавеющими; ни одна из них не предлагает внутренней коррозионной стойкости, превышающей стойкость низколегированных углеродных сталей. Для открытого использования требуется защита поверхности.
• Общие защиты: горячее цинкование, электроцинкование (для холоднокатаных рулонов), органические покрытия (например, электрофоретические грунтовки и краски) и конверсионные покрытия. Выбор зависит от окружающей среды и операций формования (например, цинкование до или после формования).
• Индексы нержавеющих сталей, такие как PREN, не применимы, поскольку Cr и Mo не присутствуют на уровнях нержавеющей стали. Для полноты: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс имеет значение только если сплав был бы нержавеющим; стали QP не являются таковыми.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка и обработка: более высокая прочность соответствует более высокому износу инструмента. QP1180 будет более жесткой для инструментов, чем QP980; параметры обработки должны быть скорректированы, и может потребоваться карбидный инструмент для высокообъемной обработки.
• Формование и штамповка: QP980 предлагает более широкий диапазон формования и лучшую предсказуемость возврата благодаря более высокой пластичности. QP1180 требует более строгого контроля нагрузок формования, смазки и может накладывать ограничения на радиусы изгиба и глубины вытяжки.
• Растяжимость и локальная формуемость: в целом лучше для QP980; QP1180 может использоваться, когда требования к локальной формуемости низкие, а геометрия детали совместима с ограниченным удлинением материала.
• Обработка поверхности и обрезка: риск образования заусенцев и трещин на краях возрастает с QP1180; необходимо пересмотреть допуски на обрезку и контроль процесса.

8. Типичные применения

Обоснование выбора - Выбирайте QP980, когда вам нужен прочный, но более прощающий материал для формования, соединения и поглощения энергии. - Выбирайте QP1180, когда проектирование компонента и прочность при столкновении требуют максимальной практической прочности на разрыв и когда процессы формования/соединения адаптированы к марке.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: QP1180 обычно дороже на килограмм или квадратный метр, чем QP980 из-за более строгих условий обработки, более высокой сложности легирования или обработки и дополнительных контролей качества, необходимых для соответствия более высоким спецификациям прочности.
• Доступность: QP980 часто более широко доступна в различных формах продукции (холоднокатаная, горячекатаная, оцинкованная), поскольку она соответствует общепринятому балансу свойств. QP1180 может производиться в более узких формах продукции или как контролируемые партии для OEM; сроки поставки могут быть длиннее, а минимальные объемы заказа могут быть выше.
• Примечание по закупкам: всегда проверяйте форму (рулон, лист, толщина, обработка поверхности) и маршрут обработки на заводе — это существенно влияет на стоимость и сроки поставки.

10. Резюме и рекомендации

Сводная таблица (качественная)

Рекомендации - Выбирайте QP980, если: - Дизайн требует прочного, но более формуемого и жесткого материала для компонентов, которые подвергаются значительной штамповке, деформации или требуют более легких сварочных процедур. - Вы придаете приоритет надежности производства и экономической эффективности в более широком диапазоне форм продукции (оцинкованной, холоднокатаной). - Выбирайте QP1180, если: - Снижение веса или максимальная местная структурная прочность являются основным требованием (например, тонкостенные балки для столкновений или усиления), и производственный план может учитывать более строгие требования к формованию, сварке и контролю качества. - Дизайн допускает более низкое общее удлинение и требует максимальной практической прочности на разрыв от AHSS типа Q&P.

Заключительная практическая заметка Для любого критического решения по проектированию или закупкам всегда запрашивайте сертификаты завода и документацию по процессу (фотографии микроструктуры, механические испытания на толщину детали, испытания на свариваемость) и проводите анализы формования, соединения и столкновения на фактически поставленных рулонах/листах. Семейство Q&P обеспечивает отличные комбинации свойств, но достижение целевой производительности в эксплуатации зависит так же от контроля обработки на этапе производства, как и от номинальных марок.