镀锌板冲压条纹缺陷的原因分析及改善措施

2021-01-04施刘健张喜秋杨少华王卫远周红兵

冶金动力 2020年12期

施刘健，张喜秋，靳立，杨少华，王卫远，周红兵

（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243003）

引言

深冲级IF 钢作为超低碳钢，含有少量的Nb、Ti元素，可以达到析出碳、氮化合物的目的，从而形成无间隙原子的纯净铁素体钢。因具有高塑性应变比r、高加工硬化指数n，使其在冲压时倾向于沿宽度方向变形；但由于存在各向异性，会存在变形不均匀的制耳现象。

通常通过测量0°、45°、90°三个方向的r 值来计算平均塑性应变比（=(r0+r90+2r45)/4）和各向异性指数Δr（Δr=(r0+r90-2r45)/2），并通过这2 个指标来评估产品的各向异性[1]。值高，则材料的深冲性能好；Δr 绝对值低，则拉延性能好、制耳现象轻，沿各个方向变形均匀。因此，提高r 值、降低Δr 值，是获得良好的深冲性能的重要举措。

某厂生产的深冲级镀锌钢板在冲压后出现波浪形条纹缺陷，直接影响了外观质量和使用效果，遂对原因进行排查分析并改进。

1 原因排查及分析

钢板冲压后出现条纹缺陷，整体缺陷呈扩散的水波形状，无手感，反查生产过程中工艺均正常。选取同规格同级别冲压无条纹的产品进行检测对比，冲压有条纹产品编号为A，无条纹产品编号为B。

（1）通过滑度仪（型号9505DF1，美国Altek 公司）测量两产品的摩擦系数（见表1）。摩擦系数大，产品在冲压时流动的阻力越大，材料流动困难，存在开裂的风险。A、B 产品摩擦系数相近，说明摩擦系数对冲压条纹影响不大。

表1 摩擦系数对比

(2)采用手持粗糙度仪（型号TR200，时代集团公司）测量两产品的粗糙度（见表2），共检测了正反面各9 个点的粗糙度（四周8 个点加1 个中心点）。结果表明A产品粗糙度稍微偏低。粗糙度不是导致冲压出现条纹的关键原因。

表2 粗糙度对比

(3)利用X 荧光光谱仪（型号magix FAST PW2640，荷兰PANalytical 公司）检测产品的化学成分，结果见表3。A、B 产品化学成分含量基表相近，化学成分对冲压条纹缺陷无影响。

表3 化学成分对比 %

(4)采用材料试验机（型号Z600，德国Zwick 公司）对产品性能进行检测，结果见表4。A 产品的屈服强度、抗拉强度较B产品低，延伸率、n值较B产品高，拉伸性能应该较B 产品好，但三个方向r 值均较B产品低。分别计算A、B产品的r值和Δr值，发现A产品的r 值低于B 产品，深冲性能差于B；Δr 值高于B 产品，沿各个方向变形均匀性弱于B 产品，制耳效应较后者显著，最终导致冲压时出现拉伸条纹[2]。低r 值、高Δr 值是导致冲压出现条纹的主要原因。因此，提高r 值、降低Δr 值是改善冲压条纹的重要方向。

表4 力学性能对比

2 措施分析及验证

2.1 元素Nb对IF钢r值、Δr值的影响

添加Nb 元素，使其与间隙原子C 形成化合物NbC，达到消除间隙原子的目的[3]。采用不同Nb 含量的、其他化学成分相近的产品进行冲压对比，结果见表5。其中1号、2号是Nb含量相对低的产品，3号、4 号是Nb 含量相对较高的产品。对比2、3 号产品，发现在相同压下率下，3 号产品的r 值也相对较高，Δr值相对较低，说明添加Nb 元素对提高r值、降低Δr值有促进作用；

2.2 冷轧压下率对IF钢r值、Δr值的影响

冷轧压下率通过影响材料的组织结构进而影响材料的r 值和Δr 值。1～4 号产品成品厚度0.4 mm，热卷厚度依次为2 mm、2.2 mm、2.2 mm、2.4 mm，计算后对应的压下率为80%、81.82%、81.82%、83.33%。对比1号和2号、3号和4号产品，同样可以得出提高压下率可以提高r值。但Δr值在压下率上升时呈现先下降后上升的趋势，说明提高压下率对降低Δr值存在一个极限值[3,4]。

2.3 冲压验证

表5 不同成分、不同压下率的力学性能对比

对1～4号产品分别取500 mm×500 mm规格样板进行冲压试验。冲压后，1、2 号产品内外表面均可见到条纹状缺陷。4 号产品表面有轻微条纹缺陷，虽然制耳系数Δr值有所提高，但r值的增大弥补了高Δr值带来的影响。3号产品表面未见明显条纹状缺陷，3、4产品均较1、2号产品表面质量有很大改善。说明提高r 值、降低Δr 值对冲压条纹缺陷有很大的改善作用。