■陜西法士特汽車傳動工程研究院 范王展,耿立強(qiáng)
冷軋IF鋼表面紡錘狀暗斑缺陷分析
■陜西法士特汽車傳動工程研究院 范王展,耿立強(qiáng)
對缺陷部位進(jìn)行金相檢測,并進(jìn)行了分析;利用拉伸試驗(yàn)、杯突試驗(yàn),分析了該缺陷對材料力學(xué)性能及沖壓成形的影響。結(jié)果表明,缺陷部位晶粒異常粗大,為局部表面混晶缺陷;該缺陷對產(chǎn)品力學(xué)性能無明顯影響,但對產(chǎn)品沖壓成形有一定影響,并通過用戶實(shí)際使用情況得到驗(yàn)證。
冷軋IF鋼主要用于汽車板,對產(chǎn)品表面質(zhì)量有著非??量痰囊?。某鋼鐵廠在生產(chǎn)IF鋼冷軋汽車面板(O5板)時(shí),發(fā)生批量性表面紡錘狀暗斑缺陷,具體缺陷宏觀形貌如圖1所示。通過分析,認(rèn)為該缺陷為熱軋工序產(chǎn)生。通過對該缺陷進(jìn)行檢驗(yàn),明確該缺陷產(chǎn)生原因及對沖壓成形造成的影響。
圖1 缺陷宏觀形貌
取帶有該缺陷的冷軋鋼板,化學(xué)成分見表1。在缺陷部位取樣,斷面、平面拋光打磨后,用10%鹽酸酒精浸蝕后進(jìn)行金相檢驗(yàn)。
取缺陷樣品,利用直徑為100mm的杯突設(shè)備,按照行程為20mm、30mm、40mm,沖壓速度分別為2mm/s、5mm/s、10mm/s進(jìn)行杯突試驗(yàn)。
在缺陷部位和正常部位分別切取試樣,在Zwick力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn),試驗(yàn)方法按照GB/T228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第一部分:室溫試驗(yàn)方法》要求進(jìn)行。
圖2 平面金相組織
圖3 斷面金相組織
圖4 杯突試驗(yàn)結(jié)果對比
表1 試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)
(1)金相檢驗(yàn) 在缺陷區(qū)域分別進(jìn)行平面、斷面進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖2、圖3所示。
可以看出,缺陷區(qū)晶粒明顯比正常部位晶粒粗大。正常區(qū)域,晶粒度為6級;缺陷區(qū)域,晶粒度已經(jīng)超出圖譜,超過1級。從斷面金相組織可以看出,缺陷深度較淺,僅局部表層晶粒發(fā)生異常長大,缺陷深度約100μ。
(2)杯突試驗(yàn) 利用直徑為100mm的杯突設(shè)備,按照行程為20mm、30mm、40mm,沖壓速度分別為2mm/s、5mm/s、10mm/s進(jìn)行杯突試驗(yàn),結(jié)果如圖4所示。
由圖4可以看出:在20mm行程試驗(yàn)條件下,缺陷未發(fā)生明顯變化,頂部缺陷與壓邊附近部位缺陷形貌一致,變形后無手感,單面可見;在30mm行程試驗(yàn)條件下,缺陷被明顯放大,球沖樣頂部至腰部位置,缺陷部位存在輕微手感,且對應(yīng)部位反面,缺陷隱約可見;在球沖樣腰部至球沖樣壓邊位置附近,缺陷無手感,對應(yīng)部位反面不可見;在40mm行程試驗(yàn)條件下,缺陷變化特征與30mm行程下變化特征相相似,但40mm行程下,樣品發(fā)生破裂,且斷口存在明顯缺陷,如圖5所示。
同一行程下,沖壓速度不同,缺陷的形貌未發(fā)生明顯變化。對正反面均開始出現(xiàn)該缺陷的部位厚度變化量進(jìn)行測量,結(jié)果如表2所示。
由表2可看出,當(dāng)變形量達(dá)到30%以上時(shí),缺陷會明顯放大,出現(xiàn)輕微手感,且反面開始顯現(xiàn),對杯突試驗(yàn)開始出現(xiàn)影響。
(3)拉力試驗(yàn) 利用拉伸試驗(yàn)機(jī)在缺陷部位取樣,進(jìn)行拉伸試驗(yàn);在缺陷相鄰附近正常區(qū)域取樣,作為比對,結(jié)果如表3所示。
由表3可看出,缺陷部位力學(xué)性能與正常部位力學(xué)性能無明顯差異。
(1)缺陷分析 從金相檢測結(jié)果來看,缺陷部位表層晶粒異常粗大,缺陷部位晶粒度與正常部位晶粒度差距超過3級,因此,該缺陷為鋼板表層局部混晶。
每個(gè)晶粒由于大小和位相間的差異,在變形過程中,各個(gè)晶粒變形是不均勻的。對單個(gè)晶粒來說,變形也是不均的。一般來說,晶粒中心變形量大,晶界及附近區(qū)域變形小。晶粒細(xì)小時(shí),由于單位面積的晶界數(shù)量多,從而使這種差別表現(xiàn)不明顯。反之,粗大晶粒的內(nèi)部和晶界處的變形差異較大,經(jīng)過冷軋酸洗軋制后,變形不均,缺陷得以顯現(xiàn),在宏觀上表現(xiàn)為表面亮斑紡錘狀缺陷。
(2)對產(chǎn)品力學(xué)性能的影響 從拉伸試驗(yàn)結(jié)果來看,缺陷區(qū)域力學(xué)性能主要指標(biāo)與正常部位力學(xué)性能指標(biāo)無明顯差異。
一般情況下,晶粒越小材料的綜合力學(xué)性能越好。鋼材在發(fā)生表面局部晶粒粗大的情況下,主要力學(xué)性能指標(biāo)未受影響,主要原因有:一是粗大晶粒所占比例非常小。根據(jù)估算,粗大晶粒占比約為0.2‰。另外,由于粗大晶粒位于鋼板表面,對鄰近區(qū)域晶粒的影響程度遠(yuǎn)小于粗大晶粒位于鋼板中心位置。
(3)對沖壓成形性的影響 根據(jù)杯突試驗(yàn)結(jié)果,該缺陷僅對變形量敏感,變形量達(dá)到30%左右時(shí),對沖壓開始出現(xiàn)影響,缺陷出現(xiàn)手感。這主要是由于多晶體變形的主要特點(diǎn)是不同時(shí)性、不均勻性和協(xié)調(diào)性。晶粒越不均勻,其變形就越不同時(shí)、越不均勻、越難協(xié)調(diào),變形量越大,不均勻晶粒間的變形就越不同時(shí)、越不均勻、越難協(xié)調(diào)。
某汽車廠使用存在該產(chǎn)品制造汽車側(cè)圍(見圖6),在使用過程中,在產(chǎn)品的變形量最大部位——拉深立面R角位置出現(xiàn)了桔皮缺陷,影響用戶使用,進(jìn)一步驗(yàn)證了杯突試驗(yàn)結(jié)果。
圖5 缺陷部位沖壓后(40mm行程)
圖6 汽車側(cè)圍沖壓件
表2
表3
(1)冷軋IF鋼表面紡錘狀亮斑缺陷是由于鋼板表面局部晶粒粗大引起的。
(2)沖壓變形速度不同,該缺陷嚴(yán)重程度未發(fā)生明顯變化。
(3)該缺陷對鋼板的主要力學(xué)性能指標(biāo)沒有顯著影響,但對鋼板的沖壓成形有一定影響,當(dāng)變形量達(dá)到30%以上時(shí),該缺陷對沖壓成形性會造成影響。
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20150714