某QSTE500TM钢零件折弯开裂原因_张敬蕊.pdf

：某 钢零件折弯开裂原因张敬蕊，刘兰霄，吕宝锋，胡庆利，沈洁，罗艺（北京首钢股份有限公司，迁安 ）摘要：某 钢零件在冲压过程中发生折弯开裂。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和能谱分析等方法对零件的开裂原因进行分析。结果表明：零件中的硫元素和锰元素含量较高，以及锰元素的偏析是钢中产生带状组织的主要原因；带状组织中分布着非金属夹杂物，夹杂物与基体界面的结合力弱，使零件在变形时产生裂纹；试样中的硫化锰使零件形成了多个小裂纹源，在冲压变形时造成零件折弯开裂。关键词：钢；非金属夹杂物；冲压变形；折弯开裂中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：张敬蕊（），女，硕士，工程师，主要从事冶金微观分析工作，（，）：，：；随着经济的发展，对板材的需求不断提高。在高端汽车行业，高强度、高性能的热轧酸洗板得到广泛应用。热轧酸洗板的表面质量接近于冷轧板，同时又具有热轧板的力学性能，强度高、冲压成形性能好，主要用于汽车底盘、座椅滑轨等高强度结构件。钢是一种冷成型热轧酸洗汽车结构钢材料，是汽车业需要的新钢种，具有较好的表面质量、厚度公差和加工性能，可用于车身覆盖件及冷轧板生产的汽车零部件，原材料成本可降低约。某 钢零件在冲压过程中出现折弯开裂，笔者采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜（）和能谱分析等方法对零件的开裂原因进行分析，以防止该类问题再次发生。理化检验宏观观察零件的开裂位置相对固定，在折弯后单侧或两侧出现不同程度的开裂。折弯开裂零件的宏观形貌如图所 示，折 弯 处 个 角 的 外 弧 均 发 生 开 裂。，位置的开裂较大，位置出现轻微开裂。图折弯开裂零件的宏观形貌张敬蕊，等：某 钢零件折弯开裂原因化学成分分析 钢的强度是通过在低碳钢的基础上添加微合金元素，并结合控轧控冷工艺来保证的。碳元素用于形成强化相，以保证钢的强度和良好的冷成 型 性 能。碳 元 素 的 质 量 分 数 要 控 制 在 以下；硅元素和锰元素具有固溶强化作用，可以提高板材的强度和延伸率；磷元素和硫元素是杂质元素，含量越少越好；适量的铌元素和钛元素可细化晶粒。在开裂零件上截取试样，采用 型直读光谱仪对开裂试样进行化学成分分析，同时截取其他厂家生产的同牌号材料试样，并进行化学成分分析，结果如表所示。由表可知：两个试样只有硫元素的质量分数有较大异常，其他元素质量分数相差不大。两个试样的化学成分分析结果均符合标准要求。表开裂试样及其他厂家同牌号材料试样的化学成分分析结果项目质量分数 标准值 开裂零件实测值 其他厂家材料实测值 力学性能测试采用 型 双 立 柱 万 能 材 料 试 验机对上述两个试样分别进行力学性能测试，结果如表所示。开裂试样的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均 符合 金 属 材料 拉伸试验 第一部分：室温试验方法 的标准要求。与其他厂家生产的同牌号材料相比，力学性能无明显差异。表开裂试样及其他厂家同牌号材料试样的室温（）拉伸试验结果项目屈服强度 抗拉强度 断后伸长率备注标准值 纵向开裂试样实测值 纵向其他厂家试样实测值 纵向扩孔试验在板材成形过程中，翻边成形工艺是一种常见的成形工艺，这种工艺具有增加成形件的刚性，连接焊接搭头和延长管颈深度的作用。扩孔试验是一种模拟试验，能直接表征在汽车专用板材上扩孔时，孔边的翻边成形能力。按照 金属薄板成形性能与试 验 方 法 第 部 分：扩 孔 试 验规 定，采 用 型扩孔试验机进行扩孔试验，结果如表所示，发现开裂零件材料的扩孔率比其他厂家同牌号材料低。断口分析利用 对开裂零件，位置的断口进行表开裂试样及其他厂家同牌号材料试样的扩孔试验结果材料厚度试样类型极限扩孔率实测值平均值 开裂试样 钢 其他厂家试样 观察，结果如图，所示。，位置断口均存在大量韧窝，属于韧性断裂，韧窝大小较均匀。同时断口处分布较多的暗色沟槽，这些沟槽的宽度、长度均不同，沟槽底部均较平滑，且在大部分沟槽底部存在非金属夹杂物。这些非金属夹杂物尺寸不等、形状各异，且呈条带状分布在沟槽底部。对断口处存在的夹杂物进行能谱分析，确定为硫化物夹杂（见图）。对裂纹横截面进行磨抛、腐蚀后，其微观形貌如图所示。可见横截面上存在裂纹，在裂纹处残存着灰色夹杂物，对夹杂物进行能谱分析，确定为 夹杂。金相检验对开裂零件和其他厂家同牌号材料进行取样，采用体积分数为的硝酸乙醇溶液对试样进行腐蚀，利用 型光学显微镜观察试样的横截面和表面，结果如图所示。由图可知：两个试样的显微组织均由大量铁素体和极少量珠光体组成，珠光体主要分布在铁素体晶界上。根据 金属平均晶粒度测定方法 对铁素体晶粒度进行评定，平均晶粒度分别为，级。张敬蕊，等：某 钢零件折弯开裂原因图位置断口 形貌图位置断口 形貌图断口处夹杂物分析位置及能谱图图位置裂纹横截面微观形貌图位置裂纹横截面微观形貌开裂试样横截面上的带状组织级别为级，其他厂家试样带状组织级别为级，但是由于带状组织级别较低，不足以影响试样的使用性能。综合分析从化学成分上看，开裂试样主要通过添加铌元素和钛元素来进行强化，其他厂家同牌号材料试样是通过添加铌元素进行强化。两个试样的铌元素含量有差异，但铁素体晶粒度无明显差异，这主要是因为开裂试样仍含有质量分数为 的铌元素，细晶强化效果仍比较明显，同时 钢板采用的是低温轧制及轧张敬蕊，等：某 钢零件折弯开裂原因图开裂试样和其他厂家同牌号材料试样横截面边部显微组织形貌图开裂试样和其他厂家同牌号材料试样横截面中心显微组织形貌后快冷工艺，能有效促进铁素体形核，并抑制相变之后铁素体晶粒长大，弥补铌元素含量降低对细晶强化的不利影响。对零件冲压开裂处进行分析，在开裂断口部位的较大沟槽里发现 夹杂物。实际开裂零件中硫元素含量显著大于其他厂家材料。开裂试样中的锰元素含量较高，锰元素的偏析是钢中产生带状组织的主要原因。带状组织中分布着 等非金属夹杂物，夹杂物与基体界面的结合力弱，易在变形时产生裂纹。结语（）该批次 钢材料的硫元素含量明显较高，存在大量的 夹杂物，易形成多个小裂纹源，在冲压变形时造成零件开裂。应在炼钢过程中控制好硫元素的质量分数。（）建议对折弯类产品采用两段冷却方式，得到铁素体贝氏体组织，有利于提高材料的折弯性能。在设计时，要针对成品特点制定合理的材料成分和制造工艺。（）综合利用多种试验方法对产品开裂原因进行分析，并确定了开裂原因，为提高产品质量提供了有力的数据支撑。参考文献：李文远，郭子峰，惠亚军，等锰、铌含量对热轧酸洗 钢板组织和性能的影响机械工程材料，（）：于洋，王畅，郭子峰，等热轧酸洗板表面斑状色差产生机理及控制措施 轧钢，（）：郭子峰，冯军，白永立，等 首钢汽车结构用热轧酸洗带钢 的开发 锻压技术，（）：刘桂江，程丽杰，谷强，等对非金属夹杂物检验标准 的 探 讨 理 化 检 验（物 理 分册），（）：