彭雪锋等：热成形温度对高强钢方管组织及性能的影响 825* 压应力，最大点的位置在焊缝对边平面部位的中点 邻部位的形变回复，出现圆角过渡区为拉应力而圆 1,为-278.6MPa.这是因为方管在成形过程中，受 角为压应力的结果.在500℃热辊压成形时，周向残 到轧辊四向挤压力，使得角部发生塑性形变.当外力 余应力和纵向残余应力相比于25℃辊压成形时并没 撤掉后，方管发生回弹，然而发生形变的角部限制相 有太大的变化 400(a 400b) 400(c 300 300 300 200 200 200 100 100 100 0 l0 -100 -100 -200 -200 -200 -300 300 300 8 1216 20 24 81216 20 24 81216 20 A 测量点位置 测量点位置 测量点位置 400 d 400(e) 400) 300 300 20 200 200 100 200 -200 -200 -300 -300 4 8 121620 24 1216 20 24 -300 8 1216 20 24 测量点位置 测量点位置 测量点位置 图10不同成形温度下方管外表面残余应力分布.(a)25℃：(b)500℃：(c)550℃：(d)600℃：(e)650℃：(0700℃ Fig.10 Residual stress distributions on the outside surface of the hot-roll-formed square tube at different temperatures:(a)25C:(b)500C:(c) 550℃：(d)600℃：(e)650℃：(f0700℃ 随着温度的进一步提高，纵向残余应力和周向残 热线圈对方管平面部位的影响可忽略不计 余应力都得到明显的改善.如在650℃热辊压成形 (2)当成形温度为650℃时，拉伸断口形貌出现 时，纵向残余应力的平均值相比于25℃辊压成形时， 大量的抛物线韧窝，属于韧性断裂.其弯角处的微观 下降70.6%：而周向残余应力圆角过渡区的最大拉应 组织变化规律为由板条状贝氏体向粒状贝氏体发展， 力值减小为110.3MPa,同时焊缝对边平面部位的中点 角部显微组织特征与其力学性能相互印证. 1位置下降为-98.5MPa.这是由于加热温度改善 (3)随着热成形温度的升高，由于回弹和成形性 QSTE700TM高强钢的成形性能，减小回弹.然而，当 能的改善，纵向和周向残余应力都明显减小且分布更 热辊压成形温度为700℃时，纵向残余应力的变化趋 加合理.综上所述，热辊压成形工艺的最佳温度选择 势不同于之前，整体分布特点为方管下半部分为压应 为650℃. 力，上半部分为拉应力.分析其原因是由于在辊压成 参考文献 形过程中加热温度偏差使得成形力不一致造成的拱形 弯曲 Kleiner M,Geiger M,Klaus A.Manufacturing of lightweight com- ponents by metal forming.CIRP Ann Manuf Technol,2003,52 由图10中可见，无论是周向残余应力还是纵向残 (2):521 余应力，在焊缝处的残余应力均为拉应力且数值较大， Li Y X,Lin Z Q,Jiang A Q.et al.Use of high strength steel 在热辊压成形工艺过程中，焊缝处残余应力只是轻微 sheet for lightweight and crashworthy car body.Mater Des,2003, 的下降.这是因为本文中所设计的感应线圈只对弯角 24(3):177 处加热，对焊缝的影响较小，所以此处的残余应力变化 B]Jambor A,Beyer M.New cars:new materials.Mater Des,1997, 18(4):203 较小. 4]Lindgren M.Experimental investigations of the roll load and roll 3结论 torque when high strength steel is roll formed.J Mater Process Technol,2007,191(1-3):44 (1)随着热辊压成形温度的升高，弯角部位成形 [5] Lim H,Lee M G,Sung J H,et al.Time-dependent springback of 性能得到明显的改善.当成形温度为650℃，方管角 advanced high strength steels.Int J Plast,2012,29:42 [6]Huang S,Zhao Y X,He C F.Shear fracture of advanced high 部力学性能与母材力学性能相近，这是冷作硬化效应 strength steels.J Iron Steel Res Int,2014,21:938 与加热软化效应共同作用的结果.所设计线性感应加 [7]Lee J,Kim J H,Lee MG,et al.Properties controlling the bend-彭雪锋等: 热成形温度对高强钢方管组织及性能的影响 压应力，最大点的位置在焊缝对边平面部位的中点 1，为 － 278. 6 MPa． 这是因为方管在成形过程中，受 到轧辊四向挤压力，使得角部发生塑性形变． 当外力 撤掉后，方管发生回弹，然而发生形变的角部限制相 邻部位的形变回复，出现圆角过渡区为拉应力而圆 角为压应力的结果． 在 500 ℃ 热辊压成形时，周向残 余应力和纵向残余应力相比于 25 ℃ 辊压成形时并没 有太大的变化． 图 10 不同成形温度下方管外表面残余应力分布． ( a) 25 ℃ ; ( b) 500 ℃ ; ( c) 550 ℃ ; ( d) 600 ℃ ; ( e) 650 ℃ ; ( f) 700 ℃ Fig． 10 Ｒesidual stress distributions on the outside surface of the hot-roll-formed square tube at different temperatures: ( a) 25 ℃ ; ( b) 500 ℃ ; ( c) 550 ℃ ; ( d) 600 ℃ ; ( e) 650 ℃ ; ( f) 700 ℃ 随着温度的进一步提高，纵向残余应力和周向残 余应力都得到明显的改善． 如在 650 ℃ 热辊压成形 时，纵向残余应力的平均值相比于 25 ℃ 辊压成形时， 下降 70. 6% ; 而周向残余应力圆角过渡区的最大拉应 力值减小为 110. 3 MPa，同时焊缝对边平面部位的中点 1 位置下降为 － 98. 5 MPa． 这是由于加热温度改善 QSTE700TM 高强钢的成形性能，减小回弹． 然而，当 热辊压成形温度为 700 ℃ 时，纵向残余应力的变化趋 势不同于之前，整体分布特点为方管下半部分为压应 力，上半部分为拉应力． 分析其原因是由于在辊压成 形过程中加热温度偏差使得成形力不一致造成的拱形 弯曲． 由图 10 中可见，无论是周向残余应力还是纵向残 余应力，在焊缝处的残余应力均为拉应力且数值较大， 在热辊压成形工艺过程中，焊缝处残余应力只是轻微 的下降． 这是因为本文中所设计的感应线圈只对弯角 处加热，对焊缝的影响较小，所以此处的残余应力变化 较小． 3 结论 ( 1) 随着热辊压成形温度的升高，弯角部位成形 性能得到明显的改善． 当成形温度为 650 ℃，方管角 部力学性能与母材力学性能相近，这是冷作硬化效应 与加热软化效应共同作用的结果． 所设计线性感应加 热线圈对方管平面部位的影响可忽略不计． ( 2) 当成形温度为 650 ℃ 时，拉伸断口形貌出现 大量的抛物线韧窝，属于韧性断裂． 其弯角处的微观 组织变化规律为由板条状贝氏体向粒状贝氏体发展， 角部显微组织特征与其力学性能相互印证． ( 3) 随着热成形温度的升高，由于回弹和成形性 能的改善，纵向和周向残余应力都明显减小且分布更 加合理． 综上所述，热辊压成形工艺的最佳温度选择 为 650 ℃ ． 参 考 文 献 ［1］ Kleiner M，Geiger M，Klaus A． Manufacturing of lightweight com￾ponents by metal forming． CIＲP Ann Manuf Technol，2003，52 ( 2) : 521 ［2］ Li Y X，Lin Z Q，Jiang A Q，et al． Use of high strength steel sheet for lightweight and crashworthy car body． Mater Des，2003， 24( 3) : 177 ［3］ Jambor A，Beyer M． New cars: new materials． Mater Des，1997， 18( 4) : 203 ［4］ Lindgren M． Experimental investigations of the roll load and roll torque when high strength steel is roll formed． J Mater Process Technol，2007，191( 1--3) : 44 ［5］ Lim H，Lee M G，Sung J H，et al． Time-dependent springback of advanced high strength steels． Int J Plast，2012，29: 42 ［6］ Huang S，Zhao Y X，He C F． Shear fracture of advanced high strength steels． J Iron Steel Ｒes Int，2014，21: 938 ［7］ Lee J，Kim J H，Lee M G，et al． Properties controlling the bend- · 528 ·