鍍鋅板沖壓條紋缺陷的原因分析及改善措施

施劉健，張喜秋，靳 立，楊少華，王衛遠，周紅兵

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243003）

引言

深沖級IF 鋼作為超低碳鋼，含有少量的Nb、Ti元素，可以達到析出碳、氮化合物的目的，從而形成無間隙原子的純凈鐵素體鋼。因具有高塑性應變比r、高加工硬化指數n，使其在沖壓時傾向于沿寬度方向變形；但由于存在各向異性，會存在變形不均勻的制耳現象。

通常通過測量0°、45°、90°三個方向的r 值來計算平均塑性應變比（=(r0+r90+2r45)/4）和各向異性指數Δr（Δr=(r0+r90-2r45)/2），并通過這2 個指標來評估產品的各向異性[1]。值高，則材料的深沖性能好；Δr 絕對值低，則拉延性能好、制耳現象輕，沿各個方向變形均勻。因此，提高r 值、降低Δr 值，是獲得良好的深沖性能的重要舉措。

某廠生產的深沖級鍍鋅鋼板在沖壓后出現波浪形條紋缺陷，直接影響了外觀質量和使用效果，遂對原因進行排查分析并改進。

1 原因排查及分析

鋼板沖壓后出現條紋缺陷，整體缺陷呈擴散的水波形狀，無手感，反查生產過程中工藝均正常。選取同規格同級別沖壓無條紋的產品進行檢測對比，沖壓有條紋產品編號為A，無條紋產品編號為B。

（1）通過滑度儀（型號9505DF1，美國Altek 公司）測量兩產品的摩擦系數（見表1）。摩擦系數大，產品在沖壓時流動的阻力越大，材料流動困難，存在開裂的風險。A、B 產品摩擦系數相近，說明摩擦系數對沖壓條紋影響不大。

表1 摩擦系數對比

(2)采用手持粗糙度儀（型號TR200，時代集團公司）測量兩產品的粗糙度（見表2），共檢測了正反面各9 個點的粗糙度（四周8 個點加1 個中心點）。結果表明A產品粗糙度稍微偏低。粗糙度不是導致沖壓出現條紋的關鍵原因。

表2 粗糙度對比

(3)利用X 熒光光譜儀（型號magix FAST PW2640，荷蘭PANalytical 公司）檢測產品的化學成分，結果見表3。A、B 產品化學成分含量基表相近，化學成分對沖壓條紋缺陷無影響。

表3 化學成分對比 %

(4)采用材料試驗機（型號Z600，德國Zwick 公司）對產品性能進行檢測，結果見表4。A 產品的屈服強度、抗拉強度較B產品低，延伸率、n值較B產品高，拉伸性能應該較B 產品好，但三個方向r 值均較B產品低。分別計算A、B產品的r值和Δr值，發現A產品的r 值低于B 產品，深沖性能差于B；Δr 值高于B 產品，沿各個方向變形均勻性弱于B 產品，制耳效應較后者顯著，最終導致沖壓時出現拉伸條紋[2]。低r 值、高Δr 值是導致沖壓出現條紋的主要原因。因此，提高r 值、降低Δr 值是改善沖壓條紋的重要方向。

表4 力學性能對比

2 措施分析及驗證

2.1 元素Nb對IF鋼r值、Δr值的影響

添加Nb 元素，使其與間隙原子C 形成化合物NbC，達到消除間隙原子的目的[3]。采用不同Nb 含量的、其他化學成分相近的產品進行沖壓對比，結果見表5。其中1號、2號是Nb含量相對低的產品，3號、4 號是Nb 含量相對較高的產品。對比2、3 號產品，發現在相同壓下率下，3 號產品的r 值也相對較高，Δr值相對較低，說明添加Nb 元素對提高r值、降低Δr值有促進作用；

2.2 冷軋壓下率對IF鋼r值、Δr值的影響

冷軋壓下率通過影響材料的組織結構進而影響材料的r 值和Δr 值。1～4 號產品成品厚度0.4 mm，熱卷厚度依次為2 mm、2.2 mm、2.2 mm、2.4 mm，計算后對應的壓下率為80%、81.82%、81.82%、83.33%。對比1號和2號、3號和4號產品，同樣可以得出提高壓下率可以提高r值。但Δr值在壓下率上升時呈現先下降后上升的趨勢，說明提高壓下率對降低Δr值存在一個極限值[3,4]。

2.3 沖壓驗證

表5 不同成分、不同壓下率的力學性能對比

對1～4號產品分別取500 mm×500 mm規格樣板進行沖壓試驗。沖壓后，1、2 號產品內外表面均可見到條紋狀缺陷。4 號產品表面有輕微條紋缺陷，雖然制耳系數Δr值有所提高，但r值的增大彌補了高Δr值帶來的影響。3號產品表面未見明顯條紋狀缺陷，3、4產品均較1、2號產品表面質量有很大改善。說明提高r 值、降低Δr 值對沖壓條紋缺陷有很大的改善作用。

3 結語

（1）加Nb 元素對提高r 值、降低Δr 值有促進作用。

（2）提高壓下率可以提高r值，Δr值隨著壓下率上升時呈現先下降后上升的趨勢。

（3）提高r 值、降低Δr 值，有助于減輕沖壓條紋缺陷。