冷軋鍍鋅深沖薄板DX53D+Z沖壓開裂原因分析*

金光宇，侯曉英，郝 亮，曹光明，宇 凡

（山東鋼鐵集團日照有限公司 鋼鐵研究院，山東 日照276826）

1 前 言

熱浸鍍鋅深沖薄板DX53D+Z具有良好的材料成形性、耐腐蝕性以及高表面質(zhì)量［1］，屬于DDQ（Deep Drawing Quality）級別深沖鋼，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電氣行業(yè)等領(lǐng)域，對成形復(fù)雜、拉延深度大的部件具有很好的適應(yīng)性。材料的實際沖壓成形性能會受到材料物性、顯微組織、摩擦特性及沖壓環(huán)境等多因素影響［2］，因此材料成形過程中的沖壓開裂、起皺等問題一直是深沖鋼材料應(yīng)用研究的重點。

某手推車制造廠使用山鋼日照公司冷軋熱浸鍍鋅板DX53D+Z 生產(chǎn)手推車車斗，經(jīng)外委加工制成異型薄板料，在進行零件沖壓成形過程中，出現(xiàn)了批量沖壓開裂問題，開裂比例超過50%，不能滿足客戶的開裂率內(nèi)控要求。為此，山鋼日照公司對本次冷軋鍍鋅薄板沖壓開裂的原因進行了分析，提出改進措施，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，改進后的材料在使用過程中未出現(xiàn)沖壓開裂現(xiàn)象。

2 檢驗方法

2.1 檢驗材料

客戶采購的熱浸鍍鋅DX53D+Z 板料，厚度0.9 mm，板寬1 150 mm，無鉻鈍化，鋅層（雙面）重量80 g/mm2。在客戶使用現(xiàn)場，任意抽取5張板料進行沖壓，開裂3件，隨后在開裂部位周圍取樣，并在現(xiàn)場隨機抽取5 塊尚未使用的板料以及合格件板件作為檢驗樣本，分別進行力學(xué)性能檢驗、化學(xué)成分及顯微組織分析。

2.2 力學(xué)性能檢驗

材料力學(xué)性能檢驗采用GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》試驗標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求制作A80標(biāo)距拉伸試樣。為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，共進行5組靜態(tài)拉伸試驗，力學(xué)性能檢驗結(jié)果見表1。

表1 試驗材料物理性能

物理性能檢驗結(jié)果顯示，所有檢測試樣的屈服強度和抗拉強度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，延伸率、加工硬化指數(shù)和各向異性指數(shù)均高于國標(biāo)要求，表明材料性能良好，排除了因材料力學(xué)性能異常引起沖壓成形開裂。

2.3 化學(xué)成分檢驗

材料化學(xué)成分檢驗采用GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》檢驗標(biāo)準(zhǔn)，取開裂件進行化學(xué)成分檢測。試樣材料化學(xué)成分如表2所示。

表2 試驗材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

化學(xué)成分檢驗結(jié)果顯示，開裂試樣化學(xué)成分與材料質(zhì)保書成分基本一致，且符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2518—2008《連續(xù)熱鍍鋅鋼板及鋼帶》中成分要求，表明材料化學(xué)成分正常，排除了因成分異?；虿痪饹_壓成形開裂。

2.4 金相組織觀察

試樣的顯微組織以及晶粒度測定采用GB/T 13298—2015《金屬顯微組織檢驗方法》、GB/T 13299—1991《鋼的顯微組織評定方法》與GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

開裂件試樣的金相組織如圖1所示。

圖1 開裂件試樣金相組織 200×

試樣組織晶粒度在8.5～9，根據(jù)金相圖可以看出試樣全部由鐵素體組成，晶粒分布均勻，未出現(xiàn)帶狀組織，金相組織正常，排除因組織異?；虿痪饹_壓成形開裂。

2.5 表面粗糙度檢測

鋼板表面粗糙度是鍍鋅產(chǎn)品重要的質(zhì)量指標(biāo)之一，粗糙度參數(shù)異常除了會影響鋼板表面外觀質(zhì)量外，還會影響產(chǎn)品的沖壓使用性能［3］。常用于表征熱浸鍍鋅鋼板表面粗糙度的參數(shù)是粗糙度參數(shù)Ra與峰值數(shù)Rpc，試驗檢測采用GB/T 2523—2008《冷軋金屬薄板（帶）表面粗糙度和峰值數(shù)的測量方法》標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，取開裂件、合格件以及未使用的板料進行制樣，共計3 組。儀器采用觸針式測量方法，依照試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，探針在試樣被測表面上沿垂直軋制方向掃描規(guī)定的長度，得到試樣表面輪廓，試樣的表面輪廓經(jīng)過濾波器處理后得到原始輪廓，對其進行分析得到表面粗糙度參數(shù)Ra與峰值數(shù)Rpc，測5個值取平均數(shù)。表面粗糙度檢測結(jié)果如表3所示，表面粗糙度輪廓見圖2。

表3 試樣表面粗糙度結(jié)果

圖2 試樣粗糙度輪廓

表面粗糙度檢測結(jié)果顯示，開裂件及同批次試樣表面粗糙度值異常，三組試樣表面粗糙度參數(shù)Ra均偏低，其中開裂件表面粗糙度參數(shù)Ra遠低于其他試驗組，可初步判斷該卷產(chǎn)品表面粗糙度較低且粗糙度值分布不均。

使用掃描電鏡對開裂件試樣鋼板表面形貌進行觀察。微觀表現(xiàn)可以看出，鋼板表面有小顆粒的凸起，但整體平滑，不利于沖壓油儲存，宏觀表現(xiàn)為鋼板表面粗糙度參數(shù)Ra值異常。

3 開裂原因分析與改進措施

帶鋼表面的微觀形貌主要受鋼板初始表面狀態(tài)、平整機光整工作輥表面形貌和生產(chǎn)工藝影響。調(diào)取該卷生產(chǎn)工藝，發(fā)現(xiàn)在熱軋生產(chǎn)過程中，精軋溫度、卷取溫度均無異常，鍍鋅退火爐加熱段溫度、均熱段溫度、光整延伸率均符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，但該卷生產(chǎn)實績位于平整機光整工作輥換輥周期的末期。在來料合格、工藝參數(shù)無異常的情況下，工作輥的表面質(zhì)量和粗糙度將直接影響帶鋼表面形貌。

根據(jù)生產(chǎn)實際，隨機抽取兩組光整工作輥輥期內(nèi)鍍鋅產(chǎn)品表面粗糙度值變化，如圖3所示。在平整機光整工作輥的同一換輥周期內(nèi)，隨著產(chǎn)線生產(chǎn)量增加，輥期內(nèi)鍍鋅板表面粗糙度不斷降低，這是由于光整工作輥表面的粗糙度受到磨損而逐漸衰減降低造成的，尤其在光整工作輥輥期的末期，帶鋼表面粗糙度衰減速度明顯加快。此外，該卷產(chǎn)品為無鉻鈍化處理，鋼卷光整后再經(jīng)鈍化處理，表面粗糙度將繼續(xù)下降，最終造成該卷產(chǎn)品表面粗糙度參數(shù)Ra數(shù)值偏低。表面粗糙度降低，微觀上將減少深沖潤滑油脂的儲存空間，降低鋼板的成形性能，增加產(chǎn)品沖壓開裂風(fēng)險。

圖3 光整工作輥輥期內(nèi)產(chǎn)品表面粗糙度值

改進措施：在保證正常生產(chǎn)工藝情況下，將產(chǎn)品安排在平整機光整工作輥輥期的中部生產(chǎn)，同時保證工作輥的上、下輥間壓力不發(fā)生突變。改進后的帶鋼表面粗糙度輪廓見圖4。

圖4 改進后產(chǎn)品表面粗糙度輪廓

改進后，在客戶使用現(xiàn)場取20 片該卷產(chǎn)品進行現(xiàn)場沖壓試驗，未發(fā)生開裂，隨后將整卷產(chǎn)品落料沖壓，全部符合客戶要求。

4 結(jié) 語

（1）本次材料沖壓開裂的直接原因是鋼板表面粗糙度參數(shù)異常。造成表面粗糙度異常的原因是帶鋼位于平整機光整工作輥末期生產(chǎn)，工作輥表面粗糙度衰減較快，使得鋼板表面粗糙度降低。

（2）在材料力學(xué)性能滿足的前提下，鋼板表面粗糙度Ra 較低將會降低材料的實際沖壓成形性能，極易造成沖壓開裂等缺陷。

（3）根據(jù)材料的實際使用需求，在光整工作輥輥期內(nèi)合適的進行排產(chǎn)或使用鍍鉻輥，將有效控制材料表面粗糙度值。