近些年來，隨著我國汽車工業的快速發展，汽車保有量持續增大，汽車市場的競爭日益激烈。基于對行車安全、環保、燃油效率等方面的考慮，汽車制造商更著眼于車身減重、降低制造成本、提升產品性能等方面。汽車輕量化是降低能耗、減少二氧化碳排放的最有效手段之一。研究表明，汽車質量每減少100kg，每百公里燃油消耗下降0.3~0.5L，二氧化碳排放減少8~11g。由此可見，汽車輕量化對于減少污染、節約能源等方面具有重要意義。
IF鋼(無間隙原子鋼)具備優良的深沖性能，能滿足車身零件沖壓過程中對強度和成形性能的要求，廣泛應用于生產車身覆蓋件等。IF鋼的主要強化方式是固溶強化，機理是通過添加磷、錳、硅等元素起到強化作用，其中磷元素是最經濟，且固溶強化作用最強的元素；但IF鋼中添加的鈦、鈮元素使晶界強度降低，磷元素容易偏聚到晶界，導致IF鋼出現冷加工脆性現象。研究表明，向IF鋼中加入硼元素，能夠對IF鋼的微觀組織產生影響，改善IF鋼的二次加工脆性。來自首鋼集團有限公司技術研究院、綠色可循環鋼鐵流程北京市重點實驗室和北京首鋼股份有限公司的金磊、尉冬、關建東三位研究人員分析了不同硼元素添加量下IF鋼的微觀組織與成形性能，探索硼元素對IF鋼性能的影響規律。
01、試驗材料
選取牌號為DC04，尺寸為0.7 mm(厚度)的IF鋼,在其他成分不變的情況下,向其中添加一定量的硼元素。將添加硼元素的IF鋼與不添加硼元素的IF鋼進行710℃卷取+800℃退火處理，考慮到熱處理時會有硼元素殘留，因此材料中硼元素含量低于0.0002%時，判定為不含硼元素，熱處理后含硼IF鋼和無硼IF鋼的化學成分分析結果如表1所示。
02、硼元素對IF鋼的影響
2.1 微觀組織
利用光學顯微鏡觀察含硼IF鋼和無硼IF鋼的顯微組織形貌，結果如圖1所示。由圖1可知：含硼IF鋼和無硼IF鋼的顯微組織均為鐵素體，其中含硼IF鋼的平均晶粒尺寸為20μm，晶粒度等級為8級；無硼IF鋼的平均晶粒尺寸為22μm，晶粒度等級為8級。
對含硼IF鋼和無硼IF鋼進行冷軋處理，然后對成品的顯微組織進行分析，結果如圖2所示。由圖2可知：經過冷軋工序后，含硼IF鋼和無硼IF鋼的晶粒尺寸均發生了較大變化，其中含硼IF鋼成品的平均晶粒尺寸為17μm，晶粒度等級為8.5級；無硼IF鋼成品的平均晶粒尺寸為21μm，晶粒度等級為8級。
對含硼IF鋼和無硼IF鋼冷軋前后的顯微組織形貌進行對比可知，硼元素具有細化組織的作用。硼元素作為一種晶界偏聚元素，當硼元素和鈦元素共存時，硼原子和鈦原子之間有相互吸引作用，導致硼元素和鈦元素在再結晶核的界面處共偏析，并強烈抑制了再結晶核的生長，從而對IF鋼顯微組織起到了細化作用。
2.2 織構含量
IF鋼的織構發展需要經歷3個階段：鑄造織構、形變織構和再結晶織構。其中以再結晶織構最為重要，因為再結晶之后會形成對IF鋼深沖性能有著極為關鍵作用的{111}織構，{111}織構越強烈、均勻，其深沖性能越好，因此對于含硼IF鋼與無硼IF鋼，對比二者{111}織構的含量，可以直觀體現硼元素對IF鋼深沖性能的影響。
采用電子背散射衍射技術(EBSD)對含硼IF鋼和無硼IF鋼的織構進行分析，結果如圖3所示，織構含量的計算結果如表2所示。由圖3和表2可知，無硼IF鋼中{111}織構組分增加了7%，{112}織構組分增加了5%，含硼IF 鋼的晶粒尺寸為17.317μm，無硼IF鋼的晶粒尺寸為21.21μm，與金相檢驗得到的晶粒尺寸一致性較好，說明無硼IF鋼的晶粒尺寸得到了粗化。
2.3 力學性能
冷軋后，對兩種IF鋼成品進行力學性能測試，結果如表3所示。由表3可知：無硼IF鋼成品相比含硼IF鋼成品，屈服強度和抗拉強度均有所降低，斷后伸長率和加工硬化指數變化不大，但塑性應變比有所提升，各向異性指數沒有明顯變化。可見，在退火過程中，IF鋼中發生了回復再結晶現象，逐漸形成有利于深沖性能的{111}織構。由金相檢驗結果可以看出，IF鋼的晶粒尺寸會因硼元素的添加而發生變化，在后續的冷軋工序中，IF鋼成品的顯微組織、退火再結晶時晶粒的形核和長大過程同樣會受到影響，進而導致{111}織構強度不同，最終影響材料的塑性應變比。因此，硼元素對IF鋼的塑性應變比有較大影響。
2.4 成形性能
成形極限圖(FLD)是研究材料成形性能，反映材料沖壓性能和沖壓工藝的重要參數，成形極限曲線(FLC)可用于進行材料變形失穩理論分析和建立應變數學模型，因此FLC對研究硼元素對IF鋼成形極限的影響有著很重要的意義。
根據標準GB/T 15825.8—2008 《金屬薄板成形性能與試驗方法 第8部分：成形極限圖(FLD)測定指南》，利用剛性凸模脹形試驗進行FLD試驗，試驗過程如圖4所示，將一側板面噴有散斑的試樣置于凹模與壓邊圈之間，施加一定的壓邊力，壓牢試樣，在保證沖頭與試樣之間足夠潤滑的條件下，試樣中部在凸模力作用下均勻變形，產生脹形變形，并形成凸包，當試樣局部產生頸縮或破裂時，停止試驗，采用在線光學應變測量系統對試樣的應變進行測量，從而獲得材料的成形極限。
含硼IF鋼和無硼IF鋼的典型力學性能如表4所示，二者的FLC如圖5所示。由圖5可知：當次應變小于0時，即單向拉伸變形階段，無硼IF鋼的主應變要略高于含硼IF鋼；當次應變不小于0時，材料處于平面應變和等雙向拉伸應變狀態，含硼IF鋼的主應變更高。說明對于深拉延零件，無硼IF鋼的成形性能更好；而對于一些成形較為復雜，以拉脹成形為主的零件，含硼IF鋼的成形性能更好。
03、結論
(1) 添加硼元素會降低IF鋼中有利于深沖性能的{111}織構組分含量。
(2) IF鋼的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、加工硬化指數受硼元素影響不大，硼元素對塑性應變比有較大影響，向IF鋼種添加一定量的硼元素，會使材料塑性應變比降低。
(3) 向IF鋼中添加硼元素，可以提高IF鋼的平面應變及等雙向拉伸應變能力，然而對單向拉伸應變則有不良影響。
