洗衣机箱体冲压开裂原因分析

2022-08-09王昭云杨建宽靳志力姜景荣

四川冶金 2022年3期

王昭云，杨建宽，靳志力，张姝，姜景荣

(河钢集团邯钢公司，河北邯郸 056015)

低碳铝镇静钢热镀锌板因其优良的耐腐蚀性能、加工成形性能和焊接性能等优点，近年来在汽车、家电和建筑行业的应用日益广泛。河钢邯钢目前与国内外多家知名家电企业开展了深入合作，并根据客户需求定制化开发了多种镀锌冲压用钢。但根据某家电企业需求定制开发的DX51D+Z热镀锌板在加工洗衣机箱体时出现冲压开裂情况，影响了客户的生产效率。河钢邯钢通过技术攻关，成功解决了该产品冲压开裂问题。

1 存在的问题

洗衣机箱体作为洗衣机的重要组成部分起着支撑、装饰的作用，其生产工艺流程包括:镀锌盒板→冲压成形→U型折弯→喷漆→安装加强筋。洗衣机箱体冲压成形过程中涉及剪切、冲孔、拉伸、压形、折弯、翻边等多个复杂过程，对材料的成形性能要求较高，同时为防止洗衣机在运输过程中跌落而损坏内部结构，还要求箱体具有一定的强度。因此洗衣机生产企业均对箱体用钢的性能和强度提出了严格要求。

综合洗衣机箱体对钢板性能、强度的要求以及生产成本等因素，一般洗衣机箱体用钢均采用DX51D+Z，但性能指标要求严于国标(见表1)，要求具有良好的成形性能且有一定的强度。河钢邯钢根据客户要求定制开发的DX51D+Z性能优异，但在产品试用初期，客户反馈钢板在冲压拉伸时出现了开裂问题(见图1)，并且经过模具调整也无法解决。

表1 客户对产品的性能要求和国标要求对比

图1 典型开裂缺陷

2 原因分析

2.1 力学性能分析

DX51D+Z为国标GB/T 2518中最普通的一个品种，广泛应用在汽车、家电、建材等领域。国标中对DX51D+Z的性能、化学成分要求十分宽泛，因此针对不同客户的需求，国内各钢铁企业均采取定制开发的方式来满足客户要求。表2是邯钢根据客户要求开发的DX51D+Z化学成分，采用转炉-LF-连铸冶炼路径，碳含量较高，同时不添加Nb、Ti等合金元素，通过工艺调整获得良好的力学性能。

表2 河钢邯钢DX51D+Z化学成分单位：%

通过对开裂样板的力学性能进行检测，样板强度较出厂时有了明显升高，且延伸率降低(见表3)，试验卷已出现明显时效硬化现象，但其性能指标仍然满足客户要求。

表3 试验卷力学性能对比

经与客户了解，该试验卷使用时已在客户仓库放置时间超过4个月。由于试验卷采用低碳成分体系，未对碳、氮含量进行控制。为确保产品强度及延伸率达到客户要求，热轧采用高温卷取，镀锌退火采用高温退火，导致钢基体中有相当数量的固溶碳、氮在热镀锌板成品中保留下来，经过长时间放置，钢中的固溶碳、氮原子向位错周围聚集，形成柯氏气团钉扎位错，使镀锌板的屈服强度上升，延伸率下降，影响了产品的成形性能，对冲压成形过程十分不利[1-2]。

2.2 显微组织分析

图2(a)是开裂样板基体显微组织照片，可以看到带钢的退火组织为铁素体和渗碳体。图2(b)是带钢显微组织的扫描照片，可以发现，晶界处析出了网状分布的渗碳体。由于带钢采用高温退火，退火温度已超过带钢的共析相变点，在退火过程中出现了奥氏体，在缓冷时导致了网状渗碳体的析出。

图2 DX51D+Z显微组织

相关研究表明[3-4]，当渗碳体以颗粒形态弥散分布在铁素体基体中时，才不会对材料冲压成型带来损害；但渗碳体若呈半网状或网状在晶界析出，将严重恶化带钢的延伸性，影响材料的冲压性能。

根据金属变形理论，金属的塑性变形主要是通过位错在滑移面上的运动来逐步实现的[5-6]。对低碳钢而言，其组织中的铁素体在冲压中很容易产生变形，而渗碳体在冲压过程中几乎不产生变形。带钢在加工拉延时，当渗碳体在晶界处呈网状分布，晶界处的渗碳体将阻碍铁素体的变形，成为铁素体滑移的“障碍墙”。因此，带钢在变形时，晶粒组织中的铁素体变形受到晶界处渗碳体的阻碍，导致位错在滑移面的障碍前堆积起来，造成高度应力集中进而引起晶界脆性[7-8]。随着渗碳体数量的增多，其对铁素体变形的阻碍越大，当应力集中达到材料的强度极限时，将沿渗碳体形成裂纹并扩展,造成冲压破裂。