SPCD 冷軋鋼帶沖壓開裂問題研究

SPCD 冷軋沖壓用鋼生產工序非常復雜，涉及到冶煉、熱軋、冷軋和退火等多道工序，并且每一道工序的完成度都會嚴重影響到最終產品質量和性能，需要系統地研究各個工序特點和關鍵點，從而生產出質量過硬沖壓產品。

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沖壓開裂問題反饋

某冷軋客戶采購某公司SPHD 厚度2.75mm 的熱軋鋼帶，軋至0.55mm，罩式退火，用于沖壓小推車車斗，沖壓深度為130mm，沖壓開裂問題十分嚴重，合格率僅30%，主要表現為在沖壓件底部圓角位置發生開裂，或者未開裂的沖壓件在法蘭邊內側發生起皺，具體開裂情況見圖1。

某冷軋客戶沖壓之前先將SPCD 鋼板裁成如圖1(a）所示的毛坯，然后上模沖壓，當接近最大沖壓深度時在底部圓角位置發生開裂見圖1(b），并且都是在沖壓斜度較小的一側沿軋向開裂見圖1(c），同時在法蘭邊內側起皺，沖壓未開裂的試件在邊部也發生嚴重的起皺現象見圖1(d）。

由外形觀察法可知，在沖壓過程中如果產生裂紋，則必然存在垂直于裂紋的拉應力，如果發生起皺，則必然存在垂直于起皺方向的壓應力。沖壓件的底部圓角部位由于受到三個方向的拉應力作用，減薄量最大，所以最容易出現拉裂現象，屬于“危險斷面”。從裂紋方向上來看，主要是由于底部圓角所受的最大拉應力超過了冷軋板的應力極限進而導致了開裂，這說明冷軋板的沖壓性能不夠。

沖壓開裂影響因素的調查分析與研究

SPHD 熱軋板成分控制

某公司生產的SPHD 熱軋板，與國內其他廠家生產的同類產品的冶金成分控制見表1。

為了改善SPCD 鋼板沖壓開裂問題，該客戶使用某公司原料同批生產的SPCD 進行650℃和690℃，保溫12h 的工藝生產試驗。

從表1 可以看出，本次產品的生產過程中對元素含量的控制基本達到了DQ 級的水平，主要依據為：

鑒于以上分析，必須對該客戶的退火工藝進行改進，提高其退火加熱溫度。

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SPCD 卷板的組織細小且不均勻，卷板的冷軋壓下率高達80%，退火溫度僅為630℃，最終導致SPCD 退火后的晶粒非常細小，而退火后細小的晶粒不利于獲得較高的n 值。

綜上分析，SPCD 冷軋板的沖壓開裂與化學成分無關。

SPHD 熱軋板組織及力學性能

該冷軋客戶采購某公司SPHD 原料所生產的SPCD冷軋板厚度為0.55mm，采取的退火溫度為630℃，保溫16h。

從表2 可以看出，國內其他廠家同類產品具有相似的組織特征，基本為鐵素體+少量珠光體，游離滲碳體在2.0 級左右，實際晶粒度在8.5 ～9.0 級左右。對比某公司冷軋原料SPHD 的組織特點發現，SPHD 的平均晶粒尺寸正常，故引起沖壓開裂的原因與熱軋鋼板金相組織無關。

由表3 中可知，某公司SPHD 產品與其他廠家差別不大，且略優于鞍鋼和梅鋼產品性能，說明某公司熱軋工藝方面沒有問題。

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SPCD 冷軋板的罩式退火工藝

為了解該客戶SPCD 鋼板沖壓開裂的原因，比較了某公司SPHD 鋼板的組織性能與其他廠家同類產品的組織性能，見表2 和表3。

罩式退火工藝對沖壓成形性能影響非常大，尤其是退火工藝中的退火溫度、升溫速度和保溫時間是對其影響比較顯著的三個參數。國內很多生產廠家所采取的罩式退火溫度一般比鋼的再結晶溫度要高出150℃左右(表4），目的是為了完全消除酸軋產生的各向異性的纖維組織，使其充分再結晶長大，以獲得合適的組織和晶粒尺寸。

綜上所述，由于退火工藝不合理，SPCD 卷板的組織上存在明顯缺陷，晶粒細小且不均勻，縱截面上的晶粒餅形度不高。由此得到的SPCD 的性能見表6。

綜上，本批次生產SPCD 時出現沖壓開裂的根本原因是采用的退火工藝不合理，退火溫度過低，退火不完全。

SPCD 鋼的顯微組織及力學性能

將該客戶退火生產的SPCD 卷進行取樣檢測帶鋼橫向邊部、1/4 處和中部位置的軋制面和縱向面的金相組織和晶粒尺寸見圖2、圖3 和表5。

由圖2 可以看出該客戶鋼板軋制面上組織并不均勻，晶粒呈等軸狀，再結晶顯然不充分，組織中的大部分晶粒均呈等軸狀，且越靠近中間部位，等軸晶的比例越大。由圖3 也可以看出晶粒餅形度較低，檢測SPCD 晶粒尺寸見表5。

由表5 可知SPCD 冷軋板軋制面晶粒度10.0 級，不滿足晶粒度6.0 ～8.0 級的要求，并且縱截面上的晶粒度為9.2 ～9.8 級，晶粒餅形度不高。

⑵檢測報告表明SPHD 組織中的夾雜物含量不多，且尺寸在3μm 左右，說明S、P 等雜質元素的偏析不嚴重，不會對鋼的性能產生大的影響。

本次生產的SPCD 薄板退火采用的加熱溫度僅為630℃，在此溫度下不能充分發揮AlN 粒子對晶粒生長成餅形的引導作用，從而導致退火后的晶粒餅形度較低。此外，較低的餅形度表示織構不強，這將進一步影響到r 值的大小。

表4 列出了用于生產SPCD 的冷軋和退火工藝，通過對比可以看出：該冷軋客戶退火溫度過低，遠低于國內其他廠家。國內其他廠家罩式退火溫度均高于680℃，比再結晶溫度要高150℃左右。相對來說，本批次SPCD 鋼的最高退火溫度僅僅630℃，高于再結晶溫度(520 ～540℃）僅100℃左右。另外，SPCD 的碳含量略低于SPCC，且其再結晶溫度略高于SPCC，因此在生產DQ 級沖壓板時，如果退火溫度不合理，僅靠延長保溫時間也是無效的。

從表6 可以看出，本批次SPCD 具有相對較高的屈服和抗拉強度，反映沖壓性能的平均n 值和r 值分別為0.22 和1.4，作為DQ 級的沖壓板，這兩個數值都不高，由于沖壓車斗的深度相對較大，此n 值和r值并不能滿足要求。

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⑴某公司SPHD 的C 含量為0.045%，且均在0.050%以內，另外N、O 含量控制水平較好，與國內其他廠家成分控制水平相當；

工藝改善研究及其效果

SPCD 在650℃和690℃退火工藝試驗研究

從Von Mises應力圖上可以看出，豎井在進行初期支護后，Von Mises應力呈線性變化，且較為平緩；從X和Y方向來看，Von Mises應力基本呈對稱分布，Z方向的Von Mises應力變化是隨著豎井深度的增加呈線性增大的趨勢，初支結構所承受的Von Mises應力最大值位于豎井深度最大處，故在開挖完成后都應及時進行初期支護，并且每個開挖循環的進尺不宜過大，防止Von Mises應力過大導致圍巖失穩以致于上部初期支護的垮塌。

⑴試驗結果顯示，晶粒尺寸隨著退火溫度的升高而增大，并且組織越來越均勻。由圖4 可知650℃退火時，帶鋼軋制面上的晶粒尺寸為31.2μm，690℃退火時為34.5μm。退火溫度越高，再結晶進行的越充分，組織也越均勻。

⑵650℃和690℃保溫12h 退火后，帶鋼縱截面組織見圖5，對于沖壓用鋼要獲得優良的沖壓成形性能，通常其晶粒餅形度要求在2.5 以上，本次帶鋼的晶粒餅形度在3.0 左右，滿足要求。

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2013年1月至2015年12月我院對冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(CHD)患者150例開展了分析研究,患者臨床中都有典型的冠心病癥狀,使用各種診斷方式均確診為冠狀動脈粥樣硬化性心臟病[3-4]。全部患者共有71例女性患者和79例男性患者,患者最小是55歲,最大是86歲,平均(71.87±13.62)歲。此次我們就患者的臨床病例資料開展了分析比較,患者對此次研究知情且同意參與。

⑶從表7 看出，690℃/12h 退火后帶鋼的性能最好，屈服強度為159MPa，抗拉強度為285MPa，斷后伸長率為38%，n 值達到0.26，r 值為1.95，餅形度為3.05，完全達到甚至優于DQ 級的要求。隨著退火加熱溫度的升高，屈服強度和抗拉強度均明顯降低，斷后伸長率即塑性提高，n 值、r 值提高。

客戶執行690℃退火工藝后效果

通過對比兩組工藝試驗后，客戶確定執行690℃/12h 退火工藝，產品成形性能滿足使用要求，合格率提高到了99.5%，并增大對某公司SPHD 熱軋板的采購量。

結論

⑴某冷軋客戶SPCD 帶鋼沖壓開裂的根本原因是冷軋后退火溫度偏低，導致再結晶不完全所致，與熱軋板的成分、組織及性能無關。

⑵690℃/12h 退火后帶鋼的性能較好，完全達到甚至優于DQ 級的要求，沖壓開裂現象顯著降低，合格率提高到了99.5%。