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(wèi)遠(yuǎn)，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(jí)IF 鋼作為超低碳鋼，含有少量的Nb、Ti元素，可以達(dá)到析出碳、氮化合物的目的，從而形成無(wú)間隙原子的純凈鐵素體鋼。因具有高塑性應(yīng)變比r、高加工硬化指數(shù)n，使其在沖壓時(shí)傾向于沿寬度方向變形；但由于存在各向異性，會(huì)存在變形不均勻的制耳現(xiàn)象。

通常通過(guò)測(cè)量0°、45°、90°三個(gè)方向的r 值來(lái)計(jì)算平均塑性應(yīng)變比（=(r0+r90+2r45)/4）和各向異性指數(shù)Δr（Δr=(r0+r90-2r45)/2），并通過(guò)這2 個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)估產(chǎn)品的各向異性[1]。值高，則材料的深沖性能好；Δr 絕對(duì)值低，則拉延性能好、制耳現(xiàn)象輕，沿各個(gè)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(chǎn)的深沖級(jí)鍍鋅鋼板在沖壓后出現(xiàn)波浪形條紋缺陷，直接影響了外觀質(zhì)量和使用效果，遂對(duì)原因進(jìn)行排查分析并改進(jìn)。

1 原因排查及分析

鋼板沖壓后出現(xiàn)條紋缺陷，整體缺陷呈擴(kuò)散的水波形狀，無(wú)手感，反查生產(chǎn)過(guò)程中工藝均正常。選取同規(guī)格同級(jí)別沖壓無(wú)條紋的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，沖壓有條紋產(chǎn)品編號(hào)為A，無(wú)條紋產(chǎn)品編號(hào)為B。

（1）通過(guò)滑度儀（型號(hào)9505DF1，美國(guó)Altek 公司）測(cè)量?jī)僧a(chǎn)品的摩擦系數(shù)（見(jiàn)表1）。摩擦系數(shù)大，產(chǎn)品在沖壓時(shí)流動(dòng)的阻力越大，材料流動(dòng)困難，存在開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。A、B 產(chǎn)品摩擦系數(shù)相近，說(shuō)明摩擦系數(shù)對(duì)沖壓條紋影響不大。

表1 摩擦系數(shù)對(duì)比

(2)采用手持粗糙度儀（型號(hào)TR200，時(shí)代集團(tuán)公司）測(cè)量?jī)僧a(chǎn)品的粗糙度（見(jiàn)表2），共檢測(cè)了正反面各9 個(gè)點(diǎn)的粗糙度（四周8 個(gè)點(diǎn)加1 個(gè)中心點(diǎn)）。結(jié)果表明A產(chǎn)品粗糙度稍微偏低。粗糙度不是導(dǎo)致沖壓出現(xiàn)條紋的關(guān)鍵原因。

表2 粗糙度對(duì)比

(3)利用X 熒光光譜儀（型號(hào)magix FAST PW2640，荷蘭PANalytical 公司）檢測(cè)產(chǎn)品的化學(xué)成分，結(jié)果見(jiàn)表3。A、B 產(chǎn)品化學(xué)成分含量基表相近，化學(xué)成分對(duì)沖壓條紋缺陷無(wú)影響。

表3 化學(xué)成分對(duì)比 %

(4)采用材料試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)Z600，德國(guó)Zwick 公司）對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。A 產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度較B產(chǎn)品低，延伸率、n值較B產(chǎn)品高，拉伸性能應(yīng)該較B 產(chǎn)品好，但三個(gè)方向r 值均較B產(chǎn)品低。分別計(jì)算A、B產(chǎn)品的r值和Δr值，發(fā)現(xiàn)A產(chǎn)品的r 值低于B 產(chǎn)品，深沖性能差于B；Δr 值高于B 產(chǎn)品，沿各個(gè)方向變形均勻性弱于B 產(chǎn)品，制耳效應(yīng)較后者顯著，最終導(dǎo)致沖壓時(shí)出現(xiàn)拉伸條紋[2]。低r 值、高Δr 值是導(dǎo)致沖壓出現(xiàn)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(xué)性能對(duì)比

2 措施分析及驗(yàn)證

2.1 元素Nb對(duì)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(dá)到消除間隙原子的目的[3]。采用不同Nb 含量的、其他化學(xué)成分相近的產(chǎn)品進(jìn)行沖壓對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表5。其中1號(hào)、2號(hào)是Nb含量相對(duì)低的產(chǎn)品，3號(hào)、4 號(hào)是Nb 含量相對(duì)較高的產(chǎn)品。對(duì)比2、3 號(hào)產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)在相同壓下率下，3 號(hào)產(chǎn)品的r 值也相對(duì)較高，Δr值相對(duì)較低，說(shuō)明添加Nb 元素對(duì)提高r值、降低Δr值有促進(jìn)作用；

2.2 冷軋壓下率對(duì)IF鋼r值、Δr值的影響

冷軋壓下率通過(guò)影響材料的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響材料的r 值和Δr 值。1～4 號(hào)產(chǎn)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(jì)算后對(duì)應(yīng)的壓下率為80%、81.82%、81.82%、83.33%。對(duì)比1號(hào)和2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)產(chǎn)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(shí)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，說(shuō)明提高壓下率對(duì)降低Δr值存在一個(gè)極限值[3,4]。

2.3 沖壓驗(yàn)證

表5 不同成分、不同壓下率的力學(xué)性能對(duì)比

對(duì)1～4號(hào)產(chǎn)品分別取500 mm×500 mm規(guī)格樣板進(jìn)行沖壓試驗(yàn)。沖壓后，1、2 號(hào)產(chǎn)品內(nèi)外表面均可見(jiàn)到條紋狀缺陷。4 號(hào)產(chǎn)品表面有輕微條紋缺陷，雖然制耳系數(shù)Δr值有所提高，但r值的增大彌補(bǔ)了高Δr值帶來(lái)的影響。3號(hào)產(chǎn)品表面未見(jiàn)明顯條紋狀缺陷，3、4產(chǎn)品均較1、2號(hào)產(chǎn)品表面質(zhì)量有很大改善。說(shuō)明提高r 值、降低Δr 值對(duì)沖壓條紋缺陷有很大的改善作用。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）加Nb 元素對(duì)提高r 值、降低Δr 值有促進(jìn)作用。

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

（3）提高r 值、降低Δr 值，有助于減輕沖壓條紋缺陷。