熱軋酸洗板DD12沖壓開裂原因及分析

孔加維,蘇振軍,曹曉恩,楊建寬,馬子洋

(河鋼集團邯鋼公司技術中心，河北 邯鄲 056000)

酸洗板以優質的熱軋鋼卷為原料，經平整機組消除屈服平臺，改良板型，通過酸洗線去除表面氧化鐵皮，表面質量介于熱軋板與冷軋板之間，是部分冷軋板的優良替代品，既降低了工序成本，又提高了生產效率，受到國內鋼廠的青睞[1-2]。目前產品主要用于汽車結構、家電用壓縮機等沖壓件，市場需求量大，用途越來越廣泛[3]。某配套廠近期使用邯鋼熱軋酸洗板DD12沖壓冰箱壓縮機殼體時出現批量開裂，開裂率約25%，對客戶造成較大經濟損失。針對此情況，對開裂部位進行取樣分析，尋找開裂原因。

1 實驗材料與方法

壓縮機殼體生產工藝：落料--拉延--翻邊--旋切--沖孔，開裂均在第4工序——旋切產生，開裂形貌見圖1，裂口深度約3 mm。

圖1 開裂件形貌

從開裂料基板、正常料基板上分別取樣，通過直讀光譜儀、萬能試驗機、金相顯微鏡等設備進行化學成分、力學性能、金相組織等檢測，同時對裂口部位進行掃描電鏡觀察。

2 實驗結果及分析

2.1 化學成分

由表1可知，開裂料、正常料均滿足企標要求，且兩者成分相近。

表1 開裂料、正常料成分對比/%

2.2 力學性能

分別從開裂料基板、正常料基板上截取加工制作成50 mm×25 mm標準拉伸試樣，在萬能試驗機上進行力學性能檢測，結果如表2所示。

表2 開裂料、正常料力學性能對比

由表2可知，開裂料、正常料力學性能均滿足企標要求，與正常料性能相比，開裂料強度偏高，延伸率偏低。

2.3 金相組織

分別從開裂料基板、正常料基板上截取2 mm×2 mm金相試樣，砂紙打磨拋光后，經4%硝酸酒精侵蝕，在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，結果見圖2。

a.開裂料 b.開裂料局部組織放大 c.正常料

從圖2中可以看出，開裂料與正常料組織主要為鐵素體及游離滲碳體，開裂料晶粒較正常料細小。對開裂料、正常料分別進行晶粒截距測量，開裂料平均晶粒截距12.48 μm，最小晶粒截距2.16 μm，最大晶粒截距19.28 μm；正常料平均晶粒截距14.32 μm，最小晶粒截距10.86 μm，最大晶粒截距15.75 μm。開裂料混晶組織尤為明顯，晶粒明顯大小不一?；炀ЫM織使晶粒塑性加工程度不一致，導致鋼的塑形、韌性變壞，成形性變差，沖壓過程中易開裂。

2.4 斷口形貌

研究表明[4-5]，低碳鋼的沖壓開裂主要與非金屬夾雜物、P含量高等相關，夾雜物破壞了鋼板基體的連續性，降低了鋼板的承載能力，從而導致鋼板在沖壓后出現開裂。為研究開裂是否由夾雜物引起，對開裂部位取樣，經過超聲波清洗后，在掃描電鏡下觀察斷口處是否含有非金屬夾雜物。從圖3斷口形貌可以看出，斷口為韌性斷裂，具有典型韌窩斷裂特征，未見非金屬夾雜物，由此可判定非金屬夾雜物不是導致此次開裂的原因。

圖3 高倍下斷口微觀形貌

3 沖壓工藝調查

現場對沖壓工藝進行調查，針對性檢查第4工序——旋切，切刀、凹模等模具狀態均正常，但發現切下邊料寬窄不均勻，邊料寬度平均約3 mm，最寬處約5 mm，最窄處為0，開裂處均對應邊料寬窄交界位置。查看拉延、翻邊工序，發現拉延工序模具左右壓邊力不一致，右側壓邊力比左側壓邊力大，料片走料不均導致拉延時左右不對稱，遺傳到旋切序旋切后邊料寬窄不一。

4 分析與討論

從以上實驗結果可以看出，混晶組織加工塑形不協調及拉延模具左右壓邊力不一致是導致沖壓開裂的原因。當存在混晶組織的材料受沖壓變形時，各部分晶粒變形抗力不一致，較大的晶粒屈服極限低，位錯運動機制率先開動并開始遷移，而較小晶粒屈服極限高，未出現屈服現象，位錯運動機制尚未啟動，此時率先遷移的位錯到達大小晶粒晶界處時受阻導致應力集中，在晶界產生微小裂紋。拉延模具左右兩側壓邊力不一致，右側壓邊力大，拉延時走料少；左側壓邊力小，拉延時走料多，導致料片左右兩側走料不均。翻邊后左右兩側邊部高度不一致，切刀旋切時邊料寬窄交界處受力不均勻，交界處易造成二次應力集中，加劇微裂紋擴展，宏觀上表現為開裂現象。帶鋼精軋末道次軋制溫度低，兩相區軋制是混晶組織產生的主要原因，對于薄規格帶鋼，帶鋼邊部、帶尾等，軋制過程中溫降大，精軋末道次軋制溫度低于Ar3相變點，導致兩相區軋制，先共析鐵素體與奧氏體轉變的鐵素體由于界面能不平衡而生長速度不同，最終晶粒呈現大小不一，形成混晶組織。

針對此次開裂問題，可以從混晶組織及沖壓工藝兩方面改善：(1)提高精軋入口溫度，避免帶鋼邊部、尾部精軋末道次軋制溫度低于Ar3相變點，避免兩相區軋制；(2)增加中間坯厚度，減少溫降；(3)降低C、Mn等元素含量，提高Ar3相變點溫度；(4)均衡拉延模具壓邊力，避免在邊料寬窄交界處造成應力集中。

5 結論

(1)通過對邯鋼酸洗板DD12沖壓開裂分析，混晶組織及沖壓工藝不當是造成沖壓開裂的主要原因。

(2)提高帶鋼精軋入口溫度可有效改善帶鋼混晶組織，能有效解決沖壓開裂問題。