QP 钢是一种高强度高塑性的第三代高强度汽车用钢。为了论证 QP980 的冲压成形能力，本文采用虚拟成形分析和冲压实验相结合的方法，研究汽车用第三代高强度钢板 QP980 的冲压成形性，并与汽车常用的 CR340、DP600、DP800、DP1000 四种高强度钢板进行对比研究。研究结果证明，QP980 的强度略高于 DP1000，冲压成形性则略优于 DP600。应用第三代 QP 钢可解决高强度且形状较复杂的零件成形问题，在汽车安全性提升与轻量化研究中，QP980 可发挥重要作用。
引言
随着能源问题的凸显和环保法规要求的不断提高，在保证安全性能的前提下进行整车轻量化设计成为目前汽车工业的发展方向。由于车身约占整车质量的 20% 左右，因而汽车车身，特别是车身骨架件的轻量化设计是整车轻量化的关键。
采用高强度钢，特别是超高强度钢板，是目前车身轻量化最经济有效的方法。以双相钢（DP）、TRIP 钢和 MS 钢为代表的高强度钢，在 A 柱、B 柱、门槛加强板、车门防撞杆等车身安全件、结构件上已得到广泛应用。但由于成形性能的限制，有时尚不能满足一些需兼顾强度等级和形状复杂度的车身骨架件的冲压成形需求。
为给汽车轻量化设计提供更优质的材料支撑，学者们开始研究第三代高强度板。宝山钢铁股份有限公司（简称 “宝钢”）于 2013 年在国际上率先开发并量产了第三代超高强度钢 ——QP 钢（淬火延性钢）。该钢种不仅具有超高强度，且具备较高延伸率，特别适用于生产外形相对复杂、强度要求较高的冲压件。QP 高强度钢充分利用超高强度钢板的塑性特性、加工硬化特性，可更好地实现减重和车辆性能的优化。掌握 QP 高强度钢的成形特性和成形极限，是开展 QP 钢冲压成形应用的前提和基础。
一、研究对象
本文选取宝钢第三代高强度钢的代表产品 QP980 作为研究对象，采用数值模拟与实验相结合的方法研究其冲压成形性能。为了全面说明 QP980 的成形能力，选择四种常用的高强度板 CR340、DP600、DP800、DP1000 进行对比实验。图 1 为钢种塑性阶梯示意图。QP980 的化学成分如表 1 所列。
二、实验测试
2.1 实验零件选取
A 柱铰链板为车身重要的安全零件，其所处位置决定了其对车内正副驾驶员具有关键保护作用。因此，零件强度越高越好，但该零件形状相对复杂，局部区域成形难度较大，一般采用 DP600 等级的材料。
2.2 实验方法
为了全面研究 QP980 的冲压成形性，选择 CR340、DP600、DP800、DP1000 四种常用高强度板进行对比研究。
2.2.1 单向拉伸试验
每种材料分别沿与板材轧制方向成 0°、45°、90° 的方向取样制作拉伸试件，每个方向取 3 个试件，每种材料共计 9 个试件。
通过五种材料的单向拉伸试验，测得 QP980 和常用高强度板的力学性能参数，进而从理论上分析 QP980 和常用高强度板的成形性能，为冲压成形数值模拟提供准确的力学性能参数。
2.2.2 冲压成形实验
设计制造 A 柱铰链板拉延工序 OP10 的模具，通过实际冲压成形研究 QP980 和常用高强度板的成形能力。由于一套模具需测试五种高强度板材料，且最高强度达到 1000MPa 的超高强度，为保证实验有效成功，在工艺设计方面尽量保持均匀的拉延深度，保证零件一次拉延成形，并保证足够大的压边力。在模具设计方面，采用氮气缸提供稳定的压边力，拉延凸凹模的最小壁厚达到 100mm，为后期调整回弹量预留了充足的加工余量，考虑了可能的镶块垫片重新加工、更换镶块，甚至减小闭合高度重新加工的情况。
三、实验结果与讨论
3.1 材料力学性能测试结果及分析
CR340、DP600、DP800、DP1000、QP980 五种材料的力学性能参数测试结果如表 2 所示。
从五种材料的测试结果来看，第三代高强度钢 QP980 的延伸率接近于 DP600 的延伸率，且各向异性参数还略高于 DP600，说明 QP980 的成形能力与 DP600 相当。从材料抗拉强度指标来看，QP980 的抗拉强度为 1027MPa，超过 DP1000 的 1011MPa，说明 QP980 的强度与 DP1000 相当。
3.2 冲压成形实验结果对比
冲压实验中，CR340、DP600、DP800、DP1000、QP980 五种材料的板厚和毛坯尺寸完全相同，板厚为 1.0mm。在产品上选取一点 A（开裂风险大的点，如图 5 所示）作为参考点，以比较不同材质的成形性能。
首先应用 AUTOFORM 软件优化冲压成形工艺，保证五种高强度钢材料的冲压成形实验采用相对优化的成形工艺。采用氮气缸压边，经数值模拟优化，五种高强度钢材料的压边力均为 980kN。
3.2.1 模拟结果对比
A 点减薄率模拟结果如表 3 所示。模拟结果显示：第三代高强度钢 QP980 在 A 点的减薄率小于 DP600。虽然单向拉伸试验中 QP980 的延伸率和硬化指数均小于 DP600，但各向异性参数 r 略高于 DP600，模拟结果表明 QP980 的成形能力略优于 DP600。
3.2.2 实验结果验证
为进一步验证理论分析和数值模拟结果，分别对 CR340、DP600、DP800、DP1000、QP980 五种材料进行冲压实验，结果如图 7 所示（其中 DP1000 在 A 点区域开裂，其他材料均未开裂）。采用测厚仪测量 A 点的实际减薄率，实验结果验证了数值模拟结果的准确性：QP980 的减薄率略小于 DP600，充分说明 QP980 的实际冲压成形能力略优于 DP600。
4 结论
(1) 通过单向拉伸试验可知，QP980 的成形能力略优于 DP600，强度与 DP1000 相当。
(2) 通过 A 柱铰链板拉延成形实验和数值模拟方法证明，QP980 的实际冲压成形能力略优于 DP600。
(3) 第三代高强度钢 QP980 可成形强度要求高且形状复杂的零件，这对提高汽车安全性、实现整车轻量化具有重要作用。
综上所述，第三代高强度钢 QP980 在强度与成形性的平衡上展现出显著优势，其既能满足高强度零件的性能需求，又能适应复杂形状的冲压成形，为汽车车身轻量化与安全性提升提供了可靠的材料解决方案。未来随着工艺技术的进一步优化，QP 钢在汽车工业中的应用前景将更为广阔，有望推动车身结构设计向更高效、更安全的方向发展。
