冷轧IF钢表面纺锤状暗斑缺陷分析

2015-11-30陕西法士特汽车传动工程研究院范王展耿立强

金属加工(热加工) 2015年21期

■陕西法士特汽车传动工程研究院范王展，耿立强

冷轧IF钢表面纺锤状暗斑缺陷分析

■陕西法士特汽车传动工程研究院范王展，耿立强

对缺陷部位进行金相检测，并进行了分析；利用拉伸试验、杯突试验，分析了该缺陷对材料力学性能及冲压成形的影响。结果表明，缺陷部位晶粒异常粗大，为局部表面混晶缺陷；该缺陷对产品力学性能无明显影响，但对产品冲压成形有一定影响，并通过用户实际使用情况得到验证。

冷轧IF钢主要用于汽车板，对产品表面质量有着非常苛刻的要求。某钢铁厂在生产IF钢冷轧汽车面板（O5板）时，发生批量性表面纺锤状暗斑缺陷，具体缺陷宏观形貌如图1所示。通过分析，认为该缺陷为热轧工序产生。通过对该缺陷进行检验，明确该缺陷产生原因及对冲压成形造成的影响。

图1 缺陷宏观形貌

1. 试验方法

取带有该缺陷的冷轧钢板，化学成分见表1。在缺陷部位取样，断面、平面抛光打磨后，用10%盐酸酒精浸蚀后进行金相检验。

取缺陷样品，利用直径为100mm的杯突设备，按照行程为20mm、30mm、40mm，冲压速度分别为2mm/s、5mm/s、10mm/s进行杯突试验。

在缺陷部位和正常部位分别切取试样，在Zwick力学拉伸试验机上进行力学性能检验，试验方法按照GB/T228.1—2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》要求进行。

图2 平面金相组织

图3 断面金相组织

图4 杯突试验结果对比

表1 试样化学成分（质量分数）（%）

2. 试验结果

（1）金相检验在缺陷区域分别进行平面、断面进行金相检验，结果如图2、图3所示。

可以看出，缺陷区晶粒明显比正常部位晶粒粗大。正常区域，晶粒度为6级；缺陷区域，晶粒度已经超出图谱，超过1级。从断面金相组织可以看出，缺陷深度较浅，仅局部表层晶粒发生异常长大，缺陷深度约100μ。

（2）杯突试验利用直径为100mm的杯突设备，按照行程为20mm、30mm、40mm，冲压速度分别为2mm/s、5mm/s、10mm/s进行杯突试验，结果如图4所示。

由图4可以看出：在20mm行程试验条件下，缺陷未发生明显变化，顶部缺陷与压边附近部位缺陷形貌一致，变形后无手感，单面可见；在30mm行程试验条件下，缺陷被明显放大，球冲样顶部至腰部位置，缺陷部位存在轻微手感，且对应部位反面，缺陷隐约可见；在球冲样腰部至球冲样压边位置附近，缺陷无手感，对应部位反面不可见；在40mm行程试验条件下，缺陷变化特征与30mm行程下变化特征相相似，但40mm行程下，样品发生破裂，且断口存在明显缺陷，如图5所示。

同一行程下，冲压速度不同，缺陷的形貌未发生明显变化。对正反面均开始出现该缺陷的部位厚度变化量进行测量，结果如表2所示。

由表2可看出，当变形量达到30%以上时，缺陷会明显放大，出现轻微手感，且反面开始显现，对杯突试验开始出现影响。

（3）拉力试验利用拉伸试验机在缺陷部位取样，进行拉伸试验；在缺陷相邻附近正常区域取样，作为比对，结果如表3所示。

由表3可看出，缺陷部位力学性能与正常部位力学性能无明显差异。

3. 结果讨论

（1）缺陷分析从金相检测结果来看，缺陷部位表层晶粒异常粗大，缺陷部位晶粒度与正常部位晶粒度差距超过3级，因此，该缺陷为钢板表层局部混晶。

每个晶粒由于大小和位相间的差异，在变形过程中，各个晶粒变形是不均匀的。对单个晶粒来说，变形也是不均的。一般来说，晶粒中心变形量大，晶界及附近区域变形小。晶粒细小时，由于单位面积的晶界数量多，从而使这种差别表现不明显。反之，粗大晶粒的内部和晶界处的变形差异较大，经过冷轧酸洗轧制后，变形不均，缺陷得以显现，在宏观上表现为表面亮斑纺锤状缺陷。

（2）对产品力学性能的影响从拉伸试验结果来看，缺陷区域力学性能主要指标与正常部位力学性能指标无明显差异。

一般情况下，晶粒越小材料的综合力学性能越好。钢材在发生表面局部晶粒粗大的情况下，主要力学性能指标未受影响，主要原因有：一是粗大晶粒所占比例非常小。根据估算，粗大晶粒占比约为0.2‰。另外，由于粗大晶粒位于钢板表面，对邻近区域晶粒的影响程度远小于粗大晶粒位于钢板中心位置。

（3）对冲压成形性的影响根据杯突试验结果，该缺陷仅对变形量敏感，变形量达到30%左右时，对冲压开始出现影响，缺陷出现手感。这主要是由于多晶体变形的主要特点是不同时性、不均匀性和协调性。晶粒越不均匀，其变形就越不同时、越不均匀、越难协调，变形量越大，不均匀晶粒间的变形就越不同时、越不均匀、越难协调。

某汽车厂使用存在该产品制造汽车侧围（见图6），在使用过程中，在产品的变形量最大部位——拉深立面R角位置出现了桔皮缺陷，影响用户使用，进一步验证了杯突试验结果。