汽車用大梁鋼TC510L沖壓開裂問題研究

摘要：利用拉伸試驗、掃描電鏡、顯微鏡、直讀光譜等設備對TC510L的檢測并結合生產工藝進行詳細的分析。結果表明由于鋼卷局部出現了過冷現象，導致鋼卷局部出現不均勻分布的上貝氏體組織，造成沖壓復雜零件開裂的主要原因。通過提高TC510L的錳和鈮的含量和降低卷曲溫度來保證材料強度不降低的情況下形成合格的鐵素體+少量珠光體組織。

關鍵詞： 沖壓開裂；金相組織；卷曲溫度

中圖分類號：TG115文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0000-00

1 前言

隨著國內大型SUV的快速發展， 各大主機廠對車架的各項性能要求越來越嚴格，不僅要求車架用大梁鋼具有高強度，而且還需要良好的韌性以及優良的擴孔性。汽車大梁鋼主要用于制造SUV的車架或副車架的縱梁，是汽車結構配件中服役條件最艱苦的材料之一。車架上的縱梁質量影響整車的行車安全和舒適度。因此除強度要求較高以外，大梁鋼還必須具備良好的成型性、擴孔性、較高的剛度。本文針對某款SUV車架縱梁用TC510L沖壓開裂的問題進行分析，為材料的生產提高改進的方向和依據。

2 現象描述

某鋼廠生產的汽車用大梁鋼TC510L，經過酸洗后的4個卷號鋼板出現沖壓開裂現象，開裂比例達80%以上，開裂位置及形貌基本一致，詳見圖1所示。要求鋼廠提供近期合格材料進行試壓后零件開裂現象消失，基本排除了生產設備原因引起的開裂問題。

3 試驗分析

試驗材料為5.0mm，針對開裂的4個鋼卷號分別進行試驗檢測分析，共制備試樣4個。試驗項目包括力學性能、夾雜物、元素和金相。

3.1 力學性能

按照GB/T 228.1-2010的方法對兩種厚度的鋼板進行力學性能檢測，其它各項指標都在標準范圍之內，滿足使用要求，檢測結果見表1。

3.2 夾雜物檢測

從汽車大梁鋼TC510L的試樣夾雜物電鏡照片分析，4塊試樣夾雜物的主要類型為MnS符合夾雜物，夾雜物數量很少，尺寸小于5μm，屬于顯微夾雜物，對大梁鋼的沖壓性能不會產生明顯的不利影響。

3.3 元素分析

使用直讀光譜的方式對4種材料的元素含量進行檢測，結果顯示各項指標完全符合鋼廠與使用方得協議要求，不存在元素含量超標等問題，詳細結果見表2所示。

3.4 金相分析

汽車大梁鋼TC510L的典型組織應該為多邊形共析鐵素體+少量珠光體。所檢測4塊試樣的金相組織均為鐵素體+貝氏體，未見珠光體組織。其中一個鋼卷的金相組織為多邊形鐵素體+少量貝氏體，組織均勻；其它3個試樣的金相組織均為多邊形鐵素體+大量貝氏體，晶粒偏小、組織略顯不均勻。

此次檢測中的TC510L屬于低碳鋼（C<0.08%），其貝氏體經過觀察屬于上貝氏體。在上貝氏體的較高溫度范圍內，Fe3C的析出得到抑制，板條間殘留了奧氏體，隨轉變溫度的下降，Fe3C才能在板條間和半條內析出。

試樣的電鏡組織照片表面，所檢測4塊試樣的金相組織均為鐵素體+上貝氏體，未見片層狀珠光體組織，鐵素體呈暗色，貝氏體呈淺色，滲碳體為最亮色。上貝氏體屬于“硬紙相”，提供鋼板強度的同時，也會使縮頸局部集中延伸的范圍變小，延伸性能降低。開裂沖壓件的電鏡組織中已發現微裂紋，微裂紋多發生在呈亮色的上貝氏體經理處，而呈暗色的鐵素體晶粒處列為很少發生。可見，汽車大梁TC510L沖壓開裂與上貝氏體組織的出現有直接關系。

4 開裂原因分析

通過試驗的各項數據分析可以得出以下結論：

1）、對開裂的試樣及同卷號板材的力學性能分析，元素分析可以看出，以上因素都不構成沖壓開裂的原因；

2）、試樣的掃描電鏡分析觀察，鋼板出現了上貝氏體組織；

3）、觀察沖壓開裂斷口取樣的掃描電鏡照片，在鐵素體晶界處，即上貝氏體處出現顯微裂紋；

綜上所述，鋼板在生產過程中，由于水溫等原因導致個別鋼卷局部出現卷取溫度低于600℃，出現鋼帶局部過冷現象，導致鋼板出現不均勻分布的上貝氏體組織，是造成沖壓復雜零件開裂的主要原因。

5 結論

通過對沖壓開裂的4個鋼卷沖壓開裂的原因進行了深入分析，并制定了具體的解決方案，具體實施效果如下：

1）、提供卷取溫度，防止因工藝波動造成卷取溫度低于600℃；

2）、提供汽車大梁鋼當中錳和鈮的含量，保證材料強度不降低并且延伸率保持原有要求；

3）、鋼廠細化管理要求，在生產汽車用大梁鋼TC510L時根據季節的變化調整生產工藝。