冷軋板沖壓橘皮缺陷分析

李洪翠

（山鋼股份濟(jì)南分公司 冷軋板廠，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

濟(jì)鋼從2008年開始著手開發(fā)St13沖壓用鋼。在市場(chǎng)推廣過程中，某用戶提出質(zhì)量異議，規(guī)格為0.7 mm×1 140 mm的鋼板沖壓后表面粗糙不平，呈橘皮狀，不能繼續(xù)用做車門外板。出現(xiàn)異議的鋼卷有5個(gè)卷號(hào)，均存在不同程度的橘皮缺陷。濟(jì)鋼開發(fā)的St13沖壓用鋼屬于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，查閱相關(guān)文獻(xiàn)表明，產(chǎn)生沖壓橘皮缺陷主要有以下幾個(gè)可能的原因：

1）鐵素體晶粒出現(xiàn)混晶，晶粒明顯大小不一。細(xì)小晶粒的晶粒內(nèi)部和晶界附近變形差距小，粗大晶粒變形差距大，晶粒變形彼此難以協(xié)調(diào)，變形不夠均勻，形成凹凸不平的橘皮缺陷。鐵素體晶粒過大，沖擊韌性降低，沖壓容易出現(xiàn)橘皮缺陷［1］。熱軋終軋溫度過高、終軋變形量過小或接近于臨界變形量，奧氏體晶粒出現(xiàn)混晶現(xiàn)象，較大晶粒具有較低的界面能，后續(xù)加工過程中吞噬小晶粒，成為異常晶粒；隨退火溫度的提高或退火時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，形成異常粗大的晶粒［2］。

2）平整延伸率不足。平整的目的是消除屈服平臺(tái)，使各方向產(chǎn)生均勻連續(xù)的變形。平整壓下率過小，預(yù)變形不足也是產(chǎn)生橘皮缺陷的重要原因之一［3］。對(duì)鋼板進(jìn)行沖壓，應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，變形首先在應(yīng)力集中的區(qū)域開始，并立即出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。先變形區(qū)和未變形區(qū)交界處會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中和屈服，使變形向未變形區(qū)擴(kuò)展，離變形區(qū)較遠(yuǎn)的地方，仍然未發(fā)生變形，形成狹窄條狀區(qū)，宏觀上表現(xiàn)為橘皮或皺褶。

3）產(chǎn)生時(shí)效。經(jīng)過正常平整的鋼卷會(huì)消除屈服平臺(tái)，但在運(yùn)輸或儲(chǔ)運(yùn)過程中，在沖壓前，可能會(huì)發(fā)生應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象，再次出現(xiàn)屈服平臺(tái)，在沖壓過程會(huì)產(chǎn)生滑移線，嚴(yán)重者表現(xiàn)為橘皮缺陷。

2 缺陷分析

為了確定濟(jì)鋼該批St13鋼卷沖壓橘皮缺陷產(chǎn)生的原因，對(duì)同批鋼卷在線生產(chǎn)工藝進(jìn)行了調(diào)查分析，并從廠家產(chǎn)生橘皮和沒產(chǎn)生橘皮缺陷的剩余鋼卷上取回試樣進(jìn)行了化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相組織對(duì)比試驗(yàn)分析。為了書寫方便，有橘皮缺陷、卷號(hào)分別為1027427、1027831、1027833的3個(gè)鋼卷編號(hào)分別為A1、A2、A3；與之相對(duì)比，無橘皮缺陷、卷號(hào)分別為1027788、1027405、1027425的3個(gè)鋼卷編號(hào)分別為B1、B2、B3。

2.1 化學(xué)成分及力學(xué)性能分析

化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果及熱軋鋼卷在線力學(xué)性能查詢結(jié)果見表1。

從檢測(cè)結(jié)果看，6個(gè)鋼卷涉及4個(gè)冶煉爐號(hào)，鋼卷成分相差不大，均符合質(zhì)量計(jì)劃要求，化學(xué)成分應(yīng)該不是產(chǎn)生橘皮缺陷的原因。熱軋鋼卷在線力學(xué)性能均比較正常，符合質(zhì)量計(jì)劃要求。

2.2 退火工藝參數(shù)

對(duì)異議鋼卷和同批鋼卷退火工藝進(jìn)行了調(diào)查，異議鋼卷和正常鋼卷退火工藝基本相同，熱點(diǎn)溫度均為700℃，冷點(diǎn)溫度650℃，加熱、保溫時(shí)間等參數(shù)無明顯差別，均符合質(zhì)量計(jì)劃要求，各卷加熱參數(shù)見表2。異議鋼卷和正常鋼卷退火工藝基本相同，無明顯異常（其中A1與B3卷是同一個(gè)退火爐次；A2與A3卷是同一個(gè)退火爐次）。

2.3 平整工藝參數(shù)

調(diào)查了該批鋼卷在線平整生產(chǎn)工藝參數(shù)，1～5號(hào)鋼卷平整延伸率設(shè)置相同，平整軋制力有小的正常波動(dòng)。同一班次生產(chǎn)的6號(hào)鋼卷在線平整延伸率設(shè)置偏小，平整軋制力也偏小（見表3），但用戶反饋沖壓無問題。異議鋼卷（1～3號(hào)）和非異議鋼卷（4號(hào)、5號(hào)）平整參數(shù)相同。

表1 化學(xué)成分及熱軋鋼卷在線力學(xué)性能

表2 鋼卷退火工藝參數(shù)

表3 平整工藝參數(shù)及出廠力學(xué)性能

2.4 金相分析

分別從橘皮缺陷同批鋼卷和沖壓良好鋼卷取樣進(jìn)行金相分析，結(jié)果見圖1。沖壓良好鋼卷晶粒大小均勻，沖壓橘皮缺陷鋼卷晶粒明顯大小不均，最大晶粒尺寸100 μm以上，存在一定混晶現(xiàn)象。

圖1 鋼卷金相組織

2.5 鋼卷試樣力學(xué)性能檢驗(yàn)

對(duì)異議鋼卷取樣做了拉伸試驗(yàn)并與無缺陷鋼卷試樣進(jìn)行了對(duì)比（見表4），證明橘皮缺陷鋼卷試樣存在微小屈服平臺(tái)（見圖2）。說明試樣平整過程中實(shí)際延伸率偏低，屈服平臺(tái)未完全消除。

表4 異議試樣力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖2 橘皮缺陷鋼卷試樣拉伸曲線

3 工藝改進(jìn)

根據(jù)對(duì)鋼卷試樣的分析檢驗(yàn)情況，屈服平臺(tái)未完全消除是產(chǎn)生沖壓橘皮缺陷的主要原因。為此對(duì)平整工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，適當(dāng)提高平整延伸率，平均提高0.2%。優(yōu)化后對(duì)鋼卷取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，沒有出現(xiàn)屈服平臺(tái)（見圖3），用戶也未再反映沖壓出現(xiàn)橘皮缺陷的問題。

圖3 優(yōu)化平整參數(shù)后鋼卷試樣拉伸曲線

4 結(jié)論

同一規(guī)格，同一冷軋工藝（總壓下率、退火工藝、平整工藝），部分鋼卷部分位置出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，說明熱軋工序存在冷卻溫度不均及混晶現(xiàn)象，冷軋平整延伸率不足加重了橘皮缺陷。通過嚴(yán)格熱軋工藝參數(shù)控制和適當(dāng)提高平整延伸率，可以解決沖壓橘皮缺陷的問題，滿足用戶沖壓要求。

［1］ 李蕭，楊平，林瑞民，等.低碳沖壓鋼板桔皮缺陷的成因［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（5）：589-593.

［2］ 趙新凱，劉江偉，劉西峰，等.傳統(tǒng)流程冷軋低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼深沖性能分析［J］.鋼鐵，2010，45（8）：85-88.

［3］ 竇志勇，廖宇充，羅洪.冷軋鋼板沖壓件表面缺陷分析［J］.四川冶金，2010，32（4）：31-32.