·974· 工程科学学报，第38卷，第7期 尽管超高强钢结构件有诸多优点，但超高强钢的 图2是通过Gleeble3500热模拟试验机对其进行高温 成形技术有待研究.室温下超高强钢强度达到900 拉伸的试验结果 MPa,变形抗力大P-,对成形设备和工艺要求都比较 路径方向 高：其塑韧性差，在冷成形过程中易产生韧性切向开 裂，对后期的加工、酸洗处理和使用留下隐患：其成形 后另一个特点是残余应力大，较大残余应力会导 致产品在使用过程中出现过早屈服现象，从而降低产 路径1 路径2 品的承载能力和抗疲劳能力：同时，超高强钢的屈强比 大，成形后回弹量很大，这将大大降低产品尺寸精 度.为解决以上难题，本文采用局部加热辊压成形的 方法@，对汽车用高强钢方管进行二次辊压成形，研 究感应加热温度对其成形性能的影响. 1实验方案 40 1.1实验材料 实验以热轧酸洗QSTE700TM高强钢板冷弯得到 图1预成形方管截面尺寸（单位：mm) 的预成形方管为研究对象，其横截面尺寸如图1所示 Fig.I Schematic diagram of the sectional dimensions of the pre- QSTE700TM高强钢主要力学性能及化学成分见表1. formed tube(unit:mm） 表1QSTE700TM材料主要力学性能及化学成分（质量分数） Table 1 Mechanical properties and chemical component of QSTE700TM 屈服强度/ 抗拉强度/ 延伸率/ 质量分数/% MPa MPa C Si Mn Al Mo Nb+V+Ti 746.5 870.4 16.72 0.07 0.07 1.91 0.01 0.0020.0480.16 ≤0.22 900 60 管角部区域，实现方管的局部线性加热效果. 一一抗拉强度 800 一·一延伸率 50 700 600 500 300 20 200 200 400 600 800 温度℃ 图2QSTE700TM高强钢高温力学特性 1,3,4一辊压系统：2一感应线圈：5一方管 Fig.2 Mechanical properties of OSTE700TM high strength steel at 图3高强方管二次热辊压成形示意图 high temperature Fig.3 Schematic diagram of secondary hot roll forming of high strength square tubes 1.2实验装置及工艺 实验装置为带有感应加热设备的辊压成形系统 实验工艺路线为：将预成形方管通过孔型尺寸均 该系统将预成形超高强方管的矫直、弯角区局部加热 为40mm×40mm的辊压系统3和辊压系统4，对预成 和辊压成形融合为一体，如图3所示.图中所示的感 形方矩管矫直定型，以确保方管能够顺利进入线圈，实 应加热线圈2的截面尺寸及与方管的空间位置关系如 现对其角部线性加热-)，通过定型矫直以及感应线 图4所示，该线圈设计的原则是尽可能实现弯角成形 圈2的调整，保证方管四个角部与线圈距离相等，从而 区域的局部线性加热效果，避免非成形区域组织性能 得到均匀的四个角部温度，并通过红外线温度测量装 的恶化.加热线圈沿方管纵向长度为100mm,其上镶 置及其反馈系统来确保所需要的温度，然后进入孔型 嵌有导磁体，本文利用感应加热的集肤效应、尖角效应 尺寸为38mm×38mm的辊压系统1对其热辊压成形 以及导磁体的“驱流”作用，使得磁场线主要集中于方 本文结合ANSYS的电磁热耦合有限元模拟获得方管工程科学学报，第 38 卷，第 7 期 尽管超高强钢结构件有诸多优点，但超高强钢的 成形技术有待研究． 室温下超高强钢强度达到 900 MPa，变形抗力大［2--3］，对成形设备和工艺要求都比较 高; 其塑韧性差，在冷成形过程中易产生韧性切向开 裂，对后期的加工、酸洗处理和使用留下隐患; 其成形 后另一个特点是残余应力大［4--5］，较大残余应力会导 致产品在使用过程中出现过早屈服现象，从而降低产 品的承载能力和抗疲劳能力; 同时，超高强钢的屈强比 大，成形后回弹量很大［6--9］，这将大大降低产品尺寸精 度． 为解决以上难题，本文采用局部加热辊压成形的 方法［10］，对汽车用高强钢方管进行二次辊压成形，研 究感应加热温度对其成形性能的影响． 1 实验方案 1. 1 实验材料 实验以热轧酸洗 QSTE700TM 高强钢板冷弯得到 的预成形方管为研究对象，其横截面尺寸如图 1 所示． QSTE700TM 高强钢主要力学性能及化学成分见表 1． 图 2 是通过 Gleeble--3500 热模拟试验机对其进行高温 拉伸的试验结果． 图 1 预成形方管截面尺寸( 单位: mm) Fig． 1 Schematic diagram of the sectional dimensions of the pre￾formed tube ( unit: mm) 表 1 QSTE700TM 材料主要力学性能及化学成分( 质量分数) Table 1 Mechanical properties and chemical component of QSTE700TM 屈服强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 延伸率/ % 质量分数/% C Si Mn P S Al Mo Nb + V + Ti 746. 5 870. 4 16. 72 0. 07 0. 07 1. 91 0. 01 0. 002 0. 048 0. 16 ≤0. 22 图 2 QSTE700TM 高强钢高温力学特性 Fig． 2 Mechanical properties of QSTE700TM high strength steel at high temperature 1. 2 实验装置及工艺 实验装置为带有感应加热设备的辊压成形系统． 该系统将预成形超高强方管的矫直、弯角区局部加热 和辊压成形融合为一体，如图 3 所示． 图中所示的感 应加热线圈 2 的截面尺寸及与方管的空间位置关系如 图 4 所示，该线圈设计的原则是尽可能实现弯角成形 区域的局部线性加热效果，避免非成形区域组织性能 的恶化． 加热线圈沿方管纵向长度为 100 mm，其上镶 嵌有导磁体，本文利用感应加热的集肤效应、尖角效应 以及导磁体的“驱流”作用，使得磁场线主要集中于方 管角部区域，实现方管的局部线性加热效果． 1，3，4—辊压系统; 2—感应线圈; 5—方管 图 3 高强方管二次热辊压成形示意图 Fig． 3 Schematic diagram of secondary hot roll forming of high strength square tubes 实验工艺路线为: 将预成形方管通过孔型尺寸均 为 40 mm × 40 mm 的辊压系统 3 和辊压系统 4，对预成 形方矩管矫直定型，以确保方管能够顺利进入线圈，实 现对其角部线性加热［11--13］，通过定型矫直以及感应线 圈 2 的调整，保证方管四个角部与线圈距离相等，从而 得到均匀的四个角部温度，并通过红外线温度测量装 置及其反馈系统来确保所需要的温度，然后进入孔型 尺寸为 38 mm × 38 mm 的辊压系统 1 对其热辊压成形． 本文结合 ANSYS 的电磁热耦合有限元模拟获得方管 · 479 ·