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)

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)量有著非常苛刻的要求。某鋼鐵廠在生產(chǎn)IF鋼冷軋汽車面板（O5板）時，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

1. 試驗(yàn)方法

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)） （%）

2. 試驗(yàn)結(jié)果

（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，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。

3. 結(jié)果討論

（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。

每個晶粒由于大小和位相間的差異，在變形過程中，各個晶粒變形是不均勻的。對單個晶粒來說，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，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，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、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、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

4. 結(jié)語

（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，該缺陷對沖壓成形性會造成影響。

[1] 賈東濤,孫建林,李軍. 汽車用Qst32-3冷鐓鋼絲表面粗糙原因分析[J]. 金屬制品，2013, 39（1）：8-12.

[2] 束德林. 金屬力學(xué)性能[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1988.

20150714