热轧酸洗板DD12冲压开裂原因及分析

2021-11-19孔加维苏振军曹晓恩杨建宽马子洋

四川冶金 2021年5期

孔加维,苏振军,曹晓恩,杨建宽,马子洋

(河钢集团邯钢公司技术中心，河北邯郸 056000)

酸洗板以优质的热轧钢卷为原料，经平整机组消除屈服平台，改良板型，通过酸洗线去除表面氧化铁皮，表面质量介于热轧板与冷轧板之间，是部分冷轧板的优良替代品，既降低了工序成本，又提高了生产效率，受到国内钢厂的青睐[1-2]。目前产品主要用于汽车结构、家电用压缩机等冲压件，市场需求量大，用途越来越广泛[3]。某配套厂近期使用邯钢热轧酸洗板DD12冲压冰箱压缩机壳体时出现批量开裂，开裂率约25%，对客户造成较大经济损失。针对此情况，对开裂部位进行取样分析，寻找开裂原因。

1 实验材料与方法

压缩机壳体生产工艺：落料--拉延--翻边--旋切--冲孔，开裂均在第4工序——旋切产生，开裂形貌见图1，裂口深度约3 mm。

图1 开裂件形貌

从开裂料基板、正常料基板上分别取样，通过直读光谱仪、万能试验机、金相显微镜等设备进行化学成分、力学性能、金相组织等检测，同时对裂口部位进行扫描电镜观察。

2 实验结果及分析

2.1 化学成分

由表1可知，开裂料、正常料均满足企标要求，且两者成分相近。

表1 开裂料、正常料成分对比/%

2.2 力学性能

分别从开裂料基板、正常料基板上截取加工制作成50 mm×25 mm标准拉伸试样，在万能试验机上进行力学性能检测，结果如表2所示。

表2 开裂料、正常料力学性能对比

由表2可知，开裂料、正常料力学性能均满足企标要求，与正常料性能相比，开裂料强度偏高，延伸率偏低。

2.3 金相组织

分别从开裂料基板、正常料基板上截取2 mm×2 mm金相试样，砂纸打磨抛光后，经4%硝酸酒精侵蚀，在金相显微镜下观察其显微组织，结果见图2。

a.开裂料 b.开裂料局部组织放大 c.正常料

从图2中可以看出，开裂料与正常料组织主要为铁素体及游离渗碳体，开裂料晶粒较正常料细小。对开裂料、正常料分别进行晶粒截距测量，开裂料平均晶粒截距12.48 μm，最小晶粒截距2.16 μm，最大晶粒截距19.28 μm；正常料平均晶粒截距14.32 μm，最小晶粒截距10.86 μm，最大晶粒截距15.75 μm。开裂料混晶组织尤为明显，晶粒明显大小不一。混晶组织使晶粒塑性加工程度不一致，导致钢的塑形、韧性变坏，成形性变差，冲压过程中易开裂。

2.4 断口形貌

研究表明[4-5]，低碳钢的冲压开裂主要与非金属夹杂物、P含量高等相关，夹杂物破坏了钢板基体的连续性，降低了钢板的承载能力，从而导致钢板在冲压后出现开裂。为研究开裂是否由夹杂物引起，对开裂部位取样，经过超声波清洗后，在扫描电镜下观察断口处是否含有非金属夹杂物。从图3断口形貌可以看出，断口为韧性断裂，具有典型韧窝断裂特征，未见非金属夹杂物，由此可判定非金属夹杂物不是导致此次开裂的原因。

图3 高倍下断口微观形貌

3 冲压工艺调查

现场对冲压工艺进行调查，针对性检查第4工序——旋切，切刀、凹模等模具状态均正常，但发现切下边料宽窄不均匀，边料宽度平均约3 mm，最宽处约5 mm，最窄处为0，开裂处均对应边料宽窄交界位置。查看拉延、翻边工序，发现拉延工序模具左右压边力不一致，右侧压边力比左侧压边力大，料片走料不均导致拉延时左右不对称，遗传到旋切序旋切后边料宽窄不一。

4 分析与讨论

从以上实验结果可以看出，混晶组织加工塑形不协调及拉延模具左右压边力不一致是导致冲压开裂的原因。当存在混晶组织的材料受冲压变形时，各部分晶粒变形抗力不一致，较大的晶粒屈服极限低，位错运动机制率先开动并开始迁移，而较小晶粒屈服极限高，未出现屈服现象，位错运动机制尚未启动，此时率先迁移的位错到达大小晶粒晶界处时受阻导致应力集中，在晶界产生微小裂纹。拉延模具左右两侧压边力不一致，右侧压边力大，拉延时走料少；左侧压边力小，拉延时走料多，导致料片左右两侧走料不均。翻边后左右两侧边部高度不一致，切刀旋切时边料宽窄交界处受力不均匀，交界处易造成二次应力集中，加剧微裂纹扩展，宏观上表现为开裂现象。带钢精轧末道次轧制温度低，两相区轧制是混晶组织产生的主要原因，对于薄规格带钢，带钢边部、带尾等，轧制过程中温降大，精轧末道次轧制温度低于Ar3相变点，导致两相区轧制，先共析铁素体与奥氏体转变的铁素体由于界面能不平衡而生长速度不同，最终晶粒呈现大小不一，形成混晶组织。

针对此次开裂问题，可以从混晶组织及冲压工艺两方面改善：(1)提高精轧入口温度，避免带钢边部、尾部精轧末道次轧制温度低于Ar3相变点，避免两相区轧制；(2)增加中间坯厚度，减少温降；(3)降低C、Mn等元素含量，提高Ar3相变点温度；(4)均衡拉延模具压边力，避免在边料宽窄交界处造成应力集中。