热轧酸洗板SPHD冲压橘皮缺陷成因分析_孔加维.pdf

53热轧酸洗板 SPHD 冲压橘皮缺陷成因分析孔加维，苏振军，曹晓恩，杨建宽（河钢集团邯钢公司技术中心，河北邯郸056000）【摘要】本文针对冰箱压缩机用热轧酸洗板 SPHD 冲压过程中出现的“橘皮”问题，利用光学显微镜、拉伸试验机等检测设备对缺陷试样显微组织和力学性能等方面进行系统分析。结果表明：缺陷试样力学性能和化学成分正常，带钢表层铁素体晶粒异常粗大是引起“橘皮”缺陷的主要原因。带钢表层组织异常与终轧温度息息相关，将带钢终轧温度提升至 900，“橘皮”缺陷得到有效解决。【关键词】酸洗板；“橘皮”缺陷；铁素体晶粒；终轧温度Cause Analysis of Orange Peel Defects in SPHD Stamping of Hot Rolled Pickling PlateKong Jiawei Su Zhenjun Cao Xiaoen Yang Jiankuan （Technology Center of HBIS Group Hansteel Company，Handan Hebei,056000）【Abstract】In view of the problem of orange peel defect in the stamping process of SPHD hot-rolled pickling plate for refrigerator compressor,the microstructure and mechanical properties of the defective sample were systematically analyzed by using optical microscope,tensile testing machine and other testing equipment,and the results show that the mechanical properties and chemical composition of the defective samples are normal.The abnormal coarseness of ferrite grains on the surface of strip steel is the main reason for the orange peel defect.The abnormality of the uniformity of the surface layer of the strip is closely related to the final rolling temperature.When the final rolling temperature of the strip is increased to 900 C,and the orange peel defect is effectively solved.【Key words】pickling plate;orange peel defect;ferrite grain;finishing temperature作者简介：孔加维（1991-），男，工程师，硕士研究生，主要从事汽车板工艺控制技术研究。收稿日期：2023 年 4 月前言热轧酸洗板是板材市场的新产品，其以优质热轧板卷为原料，经酸洗机组去除表面氧化铁皮后可直接使用，不经过冷轧工序，是“以热代冷”的理想中间产品1-4。与热轧钢板和冷轧钢板相比，其表面质量介于热轧板与冷轧板之间，同时保留热轧板卷优良性能，在经济性、环保性、表面质量等方面具有明显优势，被广泛应用于汽车结构、冰箱空调用压缩机等行业零部件生产5-8。酸洗板 SPHD 由于其延伸率高、屈强比低等特点，深受冰箱压缩机等行业青睐。本文针对某冲压厂使用邯钢酸洗板 SPHD 冲压冰箱压缩机壳体时出现“橘皮”缺陷进行系统分析，为解决此类缺陷提供参考。1 实验材料与方法某冲压厂近期反馈使用酸洗板 SPHD 冲压冰箱压缩机壳体时局部出现“橘皮”缺陷，缺陷率约 30%，电泳后表面呈现“橘皮状”、凹凸不平、有手感，严重影响外观质量，下游客户无法继续使用，造成较大经济损失。冰箱压缩机壳体常用加工工艺路径为：纵切分条落料拉延冲孔二次拉延旋切转定子组装上下壳焊接。“橘皮”缺陷主要出现在第五序二次拉延序，“橘皮”缺陷形貌如图 1 2 0 2 3 年第 3 期 福 建 冶 金DOI:10.19574/ki.issn1672-7665.2023.03.00354所示。根据上述情况，从材料角度出发，分别从问题料基板和正常料基板取样进行化学成分、力学性能、显微组织对比检测，并分析其产生原因。2 实验结果及分析2.1 化学成分采用光电直读光谱仪 ARL460 对问题料、正常料进行化学成分检测，检测结果见表 1。问题料和正常料成分均满足标准要求。2.2 力学性能有关研究表明9-11，平整压下率过小，材料存在屈服平台是导致“橘皮”缺陷产生的主要原因。对钢板进行冲压，应力达到屈服极限时，变形首先在应力集中的区域开始，并立即出现软化现象。先变形区和未变形区交界处会产生较大的应力集中和屈服，使变形向未变形区扩展。离变形区较远的地方，仍然未发生变形，形成狭窄条状区，宏观上表现为橘皮或褶皱。为验证材料屈服平台是否为此次“橘皮”缺陷 表 1 成分检测结果（质量分数）单位：%CSiMnPS标准 0.1 0.1 0.5 0.03 0.03问题料0.0450.0320.250.0180.012正常料0.0510.0280.290.0210.016产生原因，对问题料、正常料分别进行力学性能检测，拉伸试验在 Zwick/Roell Z100 拉伸试验机上进行，拉伸试样采用 L0=50mm，b=25mm。力学性能结果见表 2，应力应变曲线见图 2。表 2 力学性能结果Rp0.2/MPaRm/MPaA50/%标准-270 33问题料255.5336.035.93正常料240.6331.239.14由表 2 可知，问题料断后延伸率低于正常料，两者强度无明显差异，均满足标准要求。从图 2 可以看出，应力超过弹性范围后曲线上无明显的屈服现象，两者均不存在屈服平台，屈服平台不是此次“橘皮”缺陷产生的原因。2.3 显微组织图 1 “橘皮”缺陷形貌图 2 应力应变曲线热轧酸洗板 SPHD 冲压橘皮缺陷成因分析55分别从问题料基板、正常料基板上截取22mm 金相试样，经过粗磨细磨抛光侵蚀工序制备金相样品，利用 ZEISS 光学显微镜对其显微组织进行观察分析。试样的显微组织如图 3 所示。a.问题料表层低倍组织b.问题料局部组织c.问题料表层高倍组织d.正常料组织图 3 显微组织从上图 3 可以看出，问题料、正常料显微组织均由铁素体、少量渗碳体组成。问题料表层与内部铁素体晶粒大小及均匀性异常，混晶现象严重，表层铁素体晶粒明显粗大，晶粒尺寸是正常晶粒的 3-5 倍，表层晶粒异常区厚度达到 0.86mm；正常料表层未见混晶组织，多边形铁素体晶粒大小均匀，晶粒度 8.5 级。2.4 热轧工艺参数对问题料和正常料热轧工艺进行了调查，具体工艺见表 3。不难看出，问题料与正常料终轧温度控制存在明显差异，问题料终轧温度平均值 849，低于工艺控制要求（88015），终轧出口温度之间的波动也偏离正常偏差，如图 4 所示；正常料终轧温度满足工艺要求。问题料和正常料的其他工艺参数均满足要求。3 结果与讨论带钢表层铁素体晶粒异常粗大是导致此次“橘皮”缺陷产生的主要原因，而带钢表层组织均匀性异常与终轧温度息息相关。金属塑性变形主要通过滑移方式进行，变形时晶界附近滑移受阻，变形量小，而晶粒中心区域变形量较大。晶粒越大，晶粒中心区域与晶界附近的应变相差越大，变形越不均匀；相反，晶粒越小，变形越均匀。在生产中通常总是设法获得均匀细小的晶粒组织，使其变形更均匀，表面更圆滑。带钢表层铁素体晶粒粗大，塑性变形时晶粒中心区域与晶界附近应变相差大，变形不均匀，且晶粒越大，变形量越大，变形均匀性越差；同时晶粒间位向不同，导致变形不均匀、不同时、协调性差。由于表层组织变形时不够均匀，导致冲压后表面宏观上呈现出粗糙状“橘皮”缺陷。问题料终轧温度平均值低于目标值 31，表 3 热轧工艺参数对比出炉温度/精轧入口温度/终轧温度/卷取温度/工艺要求121020 10408801568020问题料12121026849672正常料1215103588669150403020100-10-20-30-40-500 54 108 162 216 270 324 378 432 486 540 594粗轧出口温度偏差 终轧出口温度偏差 PDF50403020100-10-20-30-40-500 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660粗轧出口温度偏差 终轧出口温度偏差 PDFa.问题料b.正常料 图 4 FDT 曲线热轧酸洗板 SPHD 冲压橘皮缺陷成因分析56轧制温度低于相变温度 Ar3，带钢处于“奥氏体+铁素体”两相区轧制是导致铁素体晶粒异常粗大的主要原因；两相区轧制时，先共析铁素体，由于界面能低，会逐步吞噬周围变形奥氏体转变的细小铁素体，在高温下迅速长大，形成粗大的铁素体晶粒组织。生产中可通过以下措施进行改善：（1）提高带钢精轧入口温度，避免带钢两相区轧制；（2）增加中间坯厚度，减少带钢温降。将酸洗板 SPHD 终轧温度目标值由 880提高至 900，客户未再反馈“橘皮”缺陷，有效解决客户冲压时出现的“橘皮”问题。4 结论 （1）带钢实际终轧温度低，两相区轧制导致表层铁素体晶粒异常粗大是热轧酸洗板 SPHD产生“橘皮”缺陷的主要原因。（2）通过将热轧酸洗板 SPHD 终轧温度目标值由 880提升至 900，可有效解决酸洗板冲压“橘皮”问题。参考文献：1 信 晓 兵,李 秀 景,王 春 峰,等.河 钢唐钢 FTSR 产线酸洗板质量提升 J.河北冶金,2020(6):58-62.2 丁 美 良,杨 丽 琴,关 建 辉,等.薄规 格 酸 洗 板 轧 制 稳 定 性 研 究 J.上 海 金属,2019,41(2):105-110.3 李燕萍,闫伟,周小龙.减少热轧酸洗板麻点缺陷的现场质量改进 J.科学与财富,2019(21):288.4 范细忠,杨旭,郭宝安,等.1580 线热轧酸洗板质量控制实践 J.鞍钢技术,2015(3):53-57.5 张新波,尹文亚.热轧低碳酸洗板冲压开裂原因分析 J.河北冶金,2021,(6):73-77.6 张 志 超,孙 彤 彤,何 晓 明.薄 规格 酸 洗 板 热 连 轧 关 键 生 产 工 艺 控 制 J.轧钢,2013,30(5):18-20.7 王 健,王 永 杰,房 锦 超,等.热 轧 酸洗 板 常 见 质 量 问 题 及 预 防 措 施 J.冶 金 丛刊,2012(3):43-48.8 汪建威.压缩机用热轧酸洗板冲压开裂原因分析及对策 J.安徽冶金科技职业学院学报,2016,26(3):22-24.9 成晓举,厚健龙,向华,等.DC03 冷轧板橘皮状表面缺陷的控制实践 J.河南冶金,2021,29(6):42-44,52.10 张 城 铭,徐 勇,康 海 军.热 轧 酸 洗板 SPHD 橘皮缺陷产生原因分析 J.金属世界,2020(2):29-32.11 李洪翠.冷轧板冲压橘皮缺陷分析 J.山东冶金,2013,(1):40-43.