大梁鋼縱剪邊部缺陷對U型槽加工的影響

李建軍，張軍鋒，于 領，曹日昊

（唐山鋼鐵集團高強汽車板有限公司，河北 唐山 063016）

為了實現(xiàn)節(jié)能減排，汽車逐漸走向輕量化，在汽車輕量化的要求下首先需進行汽車大梁鋼、汽車結構鋼的高強化。因此，在汽車用鋼高強化過程中，無論是轎車類產品還是掛車、半掛車等重載車輛，其主梁、邊梁等逐漸由早期的Q345B、16Mn等向510L、610L或者700L等高強鋼發(fā)展。但是，在高強度的加工使用過程中，隨著強度的提高，各種缺陷逐漸暴露出來，常見的缺陷有表面氧化鐵粉化、浪形、疲勞斷裂、沖壓開裂、縱剪斷裂和輥壓開裂等諸多問題，而這些缺陷中開裂問題尤為突出，該類缺陷產生的原因極為復雜，常與鋼鐵企業(yè)的成分設計、過程控制有直接關系，因此各企業(yè)對這方面進行了大量的分析研究，如孟憲堂等[1]分析了首鋼510L、S610L和S700L系列產品的沖壓開裂原因，結果表明表面氧化鐵壓入、偏析以及析出物等是造成成型開裂的主要原因；于洋等[2]從精軋過程中的加熱制度、軋制溫度制定等方面分析說明了精軋軋制速度是750L沖壓開裂的主要原因；楊一雷[3]分析認為700 MPa級高強度大梁鋼沖壓開裂與鋼中析出物含量尺寸有關。作者在分析開裂缺陷時，發(fā)現(xiàn)除了上述原因會造成大梁鋼開裂以外用戶后續(xù)冷加工過程工藝、設備等不合適時同樣會造成開裂缺陷的產生。

1 缺陷形貌及理化檢驗結果

1.1 輥壓開裂形貌

開裂鋼種材質為700L大梁鋼，產品規(guī)格為7.8 mm×1 740 mm，鋼卷進行縱剪加工，縱剪寬度后每條帶鋼寬度為290 mm，縱剪后經(jīng)過10道次輥壓加工成100 mm×120 mm×100 mm尺寸的U型槽，用于自卸車車廂縱梁。裂紋一般在第二機架或者第三機架開始出現(xiàn)，裂紋從槽鋼內側往外擴展，其長度約3～5 mm左右，其形貌見如1所示。

1.2 成分與工藝

圖1 開裂形貌

該700L大梁鋼采用高鈦加鈮微合金強化，為了有限控制鋼中夾雜物和氮含量，采取LF+RH的雙聯(lián)工序，其工藝流程為：鐵水預處理→轉爐→LF→RH→連鑄→熱軋。開裂鋼卷的熱軋工藝及生產執(zhí)行情況見表1所示，鋼卷溫度命中率均達到95%以上，工藝執(zhí)行情況良好，缺陷位置成分采用ARL4460型直讀光譜儀進行檢測，結果如表2所示，鋼種成分滿足設計要求。

表1 700L熱軋工藝及執(zhí)行情況

表2 700L大梁鋼的化學成分 %

1.3 力學性能及沖擊韌性檢驗

對輥壓開裂部位和正常位置進行拉伸取樣，正常位置拉伸取樣編號為1號，缺陷位置編號為2號，拉伸實驗均在Z330E型330 kN電子拉力試驗機上進行，拉伸應變速率為0.006 7 s-1，拉伸試樣斷后伸長率按照A50標距執(zhí)行，力學性能檢驗結果如下頁表3所示。沖擊實驗在KV2擺錘類型試驗機上進行，沖擊試樣為帶V型缺口的5 mm×10 mm×55 mm半尺寸的試樣，沖擊實驗溫度分別為-20℃。不同位置的力學性能和沖擊韌性均滿足要求：抗拉強度和屈服強度波動幅度在20 MPa以內，在未出現(xiàn)異常波動現(xiàn)象；-20℃半尺寸沖擊韌性均在70 J以上，遠高于全尺寸下47 J的標準要求，因此通過力學性能和沖擊韌性實驗，說明產生輥壓開裂缺陷鋼卷的物理性能無直接關系。

表3 700L力學性能與沖擊韌性

1.4 夾雜物與顯微組織觀察

分別對開裂位置和未開裂截取夾雜物和金相試樣，經(jīng)磨制、拋光，觀察夾雜物形貌和用質量分數(shù)4%的硝酸酒精溶液腐蝕后進行顯微組織觀察。如圖2所示，帶鋼不同位置均能觀察到一定的尺寸TiN析出相，而未發(fā)現(xiàn)其他大尺寸的夾雜物。進行顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)，該產品的組織以細小的貝氏體鐵素體+晶粒內析出相為主，晶粒尺寸在12級以上，且不存在明顯混晶現(xiàn)象，無明顯的晶界鏈狀或粒狀分布的滲碳體析出[4]，如圖3所示，說明本次輥壓開裂缺陷與帶鋼夾雜物和組織形貌無關。

圖2 不同位置夾雜物觀察

圖3 不同位置顯微組織

2 用戶工藝調查及分析

對出現(xiàn)開裂位置與正常輥壓成型位置進行取樣，觀察帶鋼縱剪后的帶鋼邊部質量（見圖4）。從圖4可以看出，出現(xiàn)開裂的帶鋼縱剪面存在凹凸不平、毛刺和掉肉現(xiàn)象，而未開裂部分縱剪斷面較為規(guī)整，且橫斷面主要以剪切面為主，撕裂面所占比例較小。對于帶鋼縱剪過程中出現(xiàn)的該類缺陷主要剪刃間隙、重疊量、剪刃磨損有關，對本次縱剪的刀具磨損情況進行調查發(fā)現(xiàn)，刀具在剪切過程中出現(xiàn)崩刀現(xiàn)象，且崩刀后未進行刀具更換，對于同批次縱剪鋼卷可以看出帶鋼不同位置剪切質量存在極大差異，如圖5所示。據(jù)此，可以判斷該輥壓開裂缺陷的產生與帶鋼的縱剪工藝有關，帶鋼縱剪剪切面產生缺陷時，在缺陷位置形成微觀裂紋，在輥壓過程中斷面微觀裂紋得以擴展，最終造成輥壓開裂現(xiàn)象。在后續(xù)用戶生產加工過程中需對帶鋼剪切質量、刀具使用情況進行跟蹤，防止類似情況發(fā)生。

圖4 剪切面形貌

圖5 刀具缺陷與鋼卷縱剪形貌

3 結語

厚規(guī)格700L高強汽車大梁鋼在輥壓成型過程產生的開裂缺陷與帶鋼縱剪工藝有關，用于帶鋼縱剪刀具使用不合適尤其是出現(xiàn)磨損、崩刀等時，易造成帶鋼表面掉肉、局部變形或撕裂等缺陷，從而產生斷面微觀裂紋，在后續(xù)的輥壓過程中微觀裂紋擴展造成開裂現(xiàn)象。