冷軋IF鋼表面紡錘狀暗斑缺陷分析

■陜西法士特汽車傳動工程研究院 范王展，耿立強

冷軋IF鋼表面紡錘狀暗斑缺陷分析

■陜西法士特汽車傳動工程研究院 范王展，耿立強

對缺陷部位進行金相檢測，并進行了分析；利用拉伸試驗、杯突試驗，分析了該缺陷對材料力學性能及沖壓成形的影響。結果表明，缺陷部位晶粒異常粗大，為局部表面混晶缺陷；該缺陷對產品力學性能無明顯影響，但對產品沖壓成形有一定影響，并通過用戶實際使用情況得到驗證。

冷軋IF鋼主要用于汽車板，對產品表面質量有著非常苛刻的要求。某鋼鐵廠在生產IF鋼冷軋汽車面板（O5板）時，發生批量性表面紡錘狀暗斑缺陷，具體缺陷宏觀形貌如圖1所示。通過分析，認為該缺陷為熱軋工序產生。通過對該缺陷進行檢驗，明確該缺陷產生原因及對沖壓成形造成的影響。

圖1 缺陷宏觀形貌

1. 試驗方法

取帶有該缺陷的冷軋鋼板，化學成分見表1。在缺陷部位取樣，斷面、平面拋光打磨后，用10%鹽酸酒精浸蝕后進行金相檢驗。

取缺陷樣品，利用直徑為100mm的杯突設備，按照行程為20mm、30mm、40mm，沖壓速度分別為2mm/s、5mm/s、10mm/s進行杯突試驗。

在缺陷部位和正常部位分別切取試樣，在Zwick力學拉伸試驗機上進行力學性能檢驗，試驗方法按照GB/T228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第一部分：室溫試驗方法》要求進行。

圖2 平面金相組織

圖3 斷面金相組織

圖4 杯突試驗結果對比

表1 試樣化學成分（質量分數） （%）

2. 試驗結果

（1）金相檢驗 在缺陷區域分別進行平面、斷面進行金相檢驗，結果如圖2、圖3所示。

可以看出，缺陷區晶粒明顯比正常部位晶粒粗大。正常區域，晶粒度為6級；缺陷區域，晶粒度已經超出圖譜，超過1級。從斷面金相組織可以看出，缺陷深度較淺，僅局部表層晶粒發生異常長大，缺陷深度約100μ。

（2）杯突試驗 利用直徑為100mm的杯突設備，按照行程為20mm、30mm、40mm，沖壓速度分別為2mm/s、5mm/s、10mm/s進行杯突試驗，結果如圖4所示。

由圖4可以看出：在20mm行程試驗條件下，缺陷未發生明顯變化，頂部缺陷與壓邊附近部位缺陷形貌一致，變形后無手感，單面可見；在30mm行程試驗條件下，缺陷被明顯放大，球沖樣頂部至腰部位置，缺陷部位存在輕微手感，且對應部位反面，缺陷隱約可見；在球沖樣腰部至球沖樣壓邊位置附近，缺陷無手感，對應部位反面不可見；在40mm行程試驗條件下，缺陷變化特征與30mm行程下變化特征相相似，但40mm行程下，樣品發生破裂，且斷口存在明顯缺陷，如圖5所示。

同一行程下，沖壓速度不同，缺陷的形貌未發生明顯變化。對正反面均開始出現該缺陷的部位厚度變化量進行測量，結果如表2所示。

由表2可看出，當變形量達到30%以上時，缺陷會明顯放大，出現輕微手感，且反面開始顯現，對杯突試驗開始出現影響。

（3）拉力試驗 利用拉伸試驗機在缺陷部位取樣，進行拉伸試驗；在缺陷相鄰附近正常區域取樣，作為比對，結果如表3所示。

由表3可看出，缺陷部位力學性能與正常部位力學性能無明顯差異。

3. 結果討論

（1）缺陷分析 從金相檢測結果來看，缺陷部位表層晶粒異常粗大，缺陷部位晶粒度與正常部位晶粒度差距超過3級，因此，該缺陷為鋼板表層局部混晶。

每個晶粒由于大小和位相間的差異，在變形過程中，各個晶粒變形是不均勻的。對單個晶粒來說，變形也是不均的。一般來說，晶粒中心變形量大，晶界及附近區域變形小。晶粒細小時，由于單位面積的晶界數量多，從而使這種差別表現不明顯。反之，粗大晶粒的內部和晶界處的變形差異較大，經過冷軋酸洗軋制后，變形不均，缺陷得以顯現，在宏觀上表現為表面亮斑紡錘狀缺陷。

（2）對產品力學性能的影響 從拉伸試驗結果來看，缺陷區域力學性能主要指標與正常部位力學性能指標無明顯差異。

一般情況下，晶粒越小材料的綜合力學性能越好。鋼材在發生表面局部晶粒粗大的情況下，主要力學性能指標未受影響，主要原因有：一是粗大晶粒所占比例非常小。根據估算，粗大晶粒占比約為0.2‰。另外，由于粗大晶粒位于鋼板表面，對鄰近區域晶粒的影響程度遠小于粗大晶粒位于鋼板中心位置。

（3）對沖壓成形性的影響 根據杯突試驗結果，該缺陷僅對變形量敏感，變形量達到30%左右時，對沖壓開始出現影響，缺陷出現手感。這主要是由于多晶體變形的主要特點是不同時性、不均勻性和協調性。晶粒越不均勻，其變形就越不同時、越不均勻、越難協調，變形量越大，不均勻晶粒間的變形就越不同時、越不均勻、越難協調。

某汽車廠使用存在該產品制造汽車側圍（見圖6），在使用過程中，在產品的變形量最大部位——拉深立面R角位置出現了桔皮缺陷，影響用戶使用，進一步驗證了杯突試驗結果。

圖5 缺陷部位沖壓后（40mm行程）

圖6 汽車側圍沖壓件

表2

表3

4. 結語

（1）冷軋IF鋼表面紡錘狀亮斑缺陷是由于鋼板表面局部晶粒粗大引起的。

（2）沖壓變形速度不同，該缺陷嚴重程度未發生明顯變化。

（3）該缺陷對鋼板的主要力學性能指標沒有顯著影響，但對鋼板的沖壓成形有一定影響，當變形量達到30%以上時，該缺陷對沖壓成形性會造成影響。

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20150714