屈服强度700MPa级超高强度大梁钢冲压开裂分析
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1 冲压开裂形貌
从试样宏观形貌来看 ,开裂位置发生在靠近工 艺孔的折弯处 ,开裂宏观形貌见图 1 ,另一端折弯 处没有工艺孔并未出现开裂 。在工艺孔内部沿圆 周大约在厚度中心部位观察到可视裂纹 。
根据上述情况 ,本文从材料角度 ,对开裂大梁 试样进行化学成分 、拉伸 、冷弯力学性能 、金相组 织 、低倍酸洗检测 ,以分析其开裂原因 。
3 分析和讨论
从以上分析可以看出 :试样化学成分中 P、S 含 量低 ,且钢中非金属夹杂物级别低 ,钢水纯净度高 , 排除了非金属夹杂物引起冲压开裂因素 。力学性 能检测和冷弯试验表明试样强度高塑性好 。酸洗 后上下表面质量均良好 ,也排除了因表面微裂纹引 起的大梁开裂 。但拉伸试样断口分层表明该超高 强度钢的厚度方向抗层状撕裂性能低 ,冲压或剪切
总第 46 期 张 宜 ,胡学文等屈服强度 700MPa 级超高强度大梁钢冲压开裂分析
·3 ·
断口易产生层状裂纹倾向 ,这与材料厚度中心珠光 体带状组织有关 。从材料角度考虑应减少连铸过 程中铸坯中心元素偏析和优化轧制工艺以减轻或 避免中心光体偏析带 ,避免材料易产生裂纹层状扩 展的问题 。
对屈服强度为700mpa级超高强度大梁钢在冲压过程中出现的严重开裂进行分析结果表明冲压工艺孔位置及工艺孔内断面裂纹是大梁板冲压开裂裂纹源产生的主要原因超高强度大梁板冲压或剪切断口易产生层状裂纹倾向与材料厚度中心珠光体带状组织有关超高强度大梁折弯变形区域在设计中应避免出现工艺冲孔
第 19 卷第 4 期 2009 年 10 月
[3 ] 张春丽. 2050mm 热连轧精整横切剪剪切断面质量浅 析[J ]1[ C] . 轧钢. 2005 年中国钢铁年会论文集 ,2005 : 205 - 209
Analysis of Cracking During Stamping of 700MPa Grade Super High Strength Beam Steel
2 检测分析结果
2. 1 化学成分检测 采用火花源原子发射光谱仪对化学成分进行
收稿日期 :2009 - 05 - 25 作者简介 :张宜 (1982 - ) ,男 ,马钢股份公司技术中心 ,现从事汽车 板和耐候钢新产品开发 。2005 年毕业于安徽工业大学材料工程与 控制工程专业 。
检测 ,成分分析表明钢中的 P 和 S 含量很低 ,检测 结果见表 1 。
图 1 开裂大梁宏观形貌
2. 2 力学性能检测 2. 2. 1 力学性能
分别进行拉伸和冷弯性能检测 ,拉伸试验在 ZwickΠRoell Z600 拉伸试验机上进行 ,冷弯检验 ,弯 心直径 d = a ,宽度 b = 35mm ,180°冷弯 。拉伸和冷 弯性能见表 2 ,结果表明 ,超高强度钢的屈服强度 达到 770MPa ,抗拉强度达到 840MPa ,延伸率在 21. 5 %以上 ,且冷弯表面无裂纹 ,说明该材料在具有超 高强度的同时具有高的塑性 。 2. 2. 2 拉伸试样断口形貌
Zhang Yi Hu Xuewen Wan Wenhong
Abstract : The severe cracking during stamping of 700Mpa grade super high strength beam steel l was analyzed , the results showed that the positions of stamping holes and cracks in inner section of stamping holes were the primary cause of crack source for this steel . The super high strength beam steel can easily bring the trend of samdwich cracking in the stamping or cut process. It has relation with the banded pearlite in the middle of the material . The craft hole should be avoided in the design of area of bend. Key words : beam steel ;stamping ;cracking
(a) 正常区域金相组织
(b) 裂纹形貌
(c) 裂纹处金相组织 图 2 金相组织和裂纹形貌
2. 4 酸洗低倍检验 为观察试样表面情况 ,对已冲压的大梁试样进
行低倍酸洗检验 ,未发现肉眼可见的表面微缺陷 , 说明试样酸洗后上下表面质量均良好 。
酸洗后发现工艺孔内四周有明显的龟裂和环 状裂纹 ,文献[3] 指出高强度钢板剪切断面开裂主要 受两个因素影响 ,一是钢板强度 ,二是剪切工艺 ,其 中钢板强度过高时剪切开裂的内因 ,在有限的剪切 能力下 ,高的强度增加了开裂的可能性 ;剪切工艺 是剪切开裂的外因 ,剪刃间隙的加大为高强度钢板 的剪切开裂提供了应力条件 ,在内因和外因的综合 作用下 ,产生了高强度钢板横向剪切断面的开裂缺 陷。
≤0. 22 (Nb + V + Ti)
冷 弯 d = a ,b = 35mm ,180° d = a ,b = 35mm ,180° d = a ,b = 35mm ,180° d = 2a ,b = 35mm ,180°
正常区域试样检测结果 : 组织为铁素体 ,中心区域有珠光体条带 ,晶粒
钢号 QSTE700TM QSTE700TM QSTE700TM 技术要求
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 2009 年第 4 期
表 1 化学成分检测结果Πwt %
C 10
Mn 1. 90 ≤2. 10
P 0. 011 ≤0. 025
参考文献
[1 ] 张继魁 ,辛莹 ,张曼曼. 汽车大梁用低合金高强度钢 板的性能与发展 [J ] . 汽车工艺与材料 ,2004 (6) :42 46
[2 ] 陆 匠 心. 700MPa 级 高 强 度 微 合 金 钢 生 产 技 术 研 究 [ C] . 学位论文 ,沈阳 ,东北大学 ,2004
4 结论
超高强度大梁板冲压工艺孔及工艺孔内断面 裂纹是大梁板冲压开裂裂纹源产生的主要原因 。
超高强度大梁板冲压或剪切断口易产生层状 裂纹倾向与材料厚度中心珠光体带状组织有关 ;减 少连铸过程中铸坯中心元素偏析和优化轧制工艺 以减轻或避免中心珠光体偏析带 ,避免材料易产生 裂纹层状扩展的问题 。
超高强度大梁折弯变形区域在设计中应避免 出现工艺冲孔 。
度 10. 5～12. 5 级 ,存在混晶组织 ,试样光学显微组 织形貌见图 2 - a ,非金属夹杂物主要为少量细系 氧化铝类和球化的细系氧化物类夹杂 ,级别很低均 为 0. 5 级 ,说明此钢钢水纯净度高 ,且夹杂物球化 变性效果明显 。
开裂区域检测结果 : 试样上有数条与表面不连通的裂纹 ,裂纹形貌 见图 2 - b ,裂纹内未见夹杂 ,裂纹附近组织为铁素 体 ,见图 2 - c 。 从上述光学显微镜检测结果看 ,正常区域和开 裂缺陷区域组织没有明显区别 ,非金属夹杂物级别 低。
拉伸试样断口发现严重分层现象 ,主要表现在 拉伸试样断口整个断面均有不同程度平行于板面 的分层裂口 ,其中最严重处为试样断口约厚度中心 部位 ,产生整条撕裂 ,侧面裂纹扩展约 10mm。 2. 3 组织和夹杂物检测
开裂和正常区域金相组织和非金属夹杂物检 测分析结果如下 。
·2 ·
钢种 QSTE700TM 技术要求
关键词 :大梁钢 ;冲压 ;开裂 中图分类号 : TG142141 : TF762 + 13 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 9994 (2009) 04 - 0001 - 03
随着汽车工业的发展 ,为提高汽车的承载能 力 ,延长汽车使用寿命和节能 、节材以及安全行驶 等要求 ,用超高强度钢板生产汽车大梁 ,已成为发 展趋势[1] ,一般按对应构件材料强度和壁厚的关系 可以保证结构强度稳定使用的经验公式来看[2] ,使 用屈服强度 700MPa 级大梁钢代替目前 345MPa 级 大梁钢 ,可以减重 20 %左右 。本文所述材料即为 某汽车制造厂试用的一种屈服强度为 700MPa 级超 高强度大梁钢 (牌号为 QSTE700TM) ,该厂在试冲 压过程中 ,大梁出现严重开裂现象 ,本文对开裂试 样进行检测分析 ,以寻找其开裂原因及改进措施 。
(马钢股份公司技术中心 安徽马鞍山 243000)
摘 要 :对屈服强度为 700MPa 级超高强度大梁钢在冲压过程中出现的严重开裂进行分析 ,结果表明冲压工艺孔位置及工
艺孔内断面裂纹是大梁板冲压开裂裂纹源产生的主要原因 , 超高强度大梁板冲压或剪切断口易产生层状裂纹倾向与材料 厚度中心珠光体带状组织有关 , 超高强度大梁折弯变形区域在设计中应避免出现工艺冲孔 。
S < 0. 002 ≤0. 010
Als 0. 046
—
试样编号 1 2 3
表 2 拉伸冷弯力学性能检测结果
厚度Πmm ReLΠMPa
RmΠMPa
AΠ%
6. 96
770
840
22. 5
6. 97
776
846
22. 0
6. 94
771
851
21. 5
≥700
750～950
≥12
Nb 、V、Ti 微量
从大梁开裂形貌 、位置和酸洗后工艺孔内发现 的龟裂和横向裂纹来看 ,在冲压过程中 ,工艺孔四 周龟裂和环状裂纹很容易作为外部裂纹源 ,在力的 作用下导致大梁开裂 ;另一方面 ,该材料拉力断口 特点 ,反映该材料容易发生中心层状撕裂和层状撕 裂在材料厚度中心部位扩展 。开裂大梁起裂开始 点正是冲孔厚度中心位置 ,裂纹扩展呈层状扩展特 征 ,这与拉力断口的中心层状撕裂特征一致 。酸洗 低倍检验结果表明 ,在冲孔过程中 ,材料在冲孔断 面已经形成裂纹 ,当冲孔位于大梁冲压的折弯位置 时 ,在力的作用下 ,冲孔的裂纹极易扩展导致材料 破坏 ;大梁折弯变形另一侧未冲孔 ,未发生开裂 ,进 一步说明冲孔及工艺孔内断口裂纹是大梁发生开 裂的裂纹源 。从冲压成型角度考虑 ,超高强度大梁 折弯变形区域在设计中应避免出现工艺孔 。
Journal
of
安徽冶金科技职 Anhui Vocational College
业学院学报 of Metallurgy and
Technology
Vol. 19. No. 4 Oct. 2009
屈服强度 700MPa 级超高强度大梁钢冲压开裂分析
张 宜 ,胡学文 ,万文红
从试样宏观形貌来看 ,开裂位置发生在靠近工 艺孔的折弯处 ,开裂宏观形貌见图 1 ,另一端折弯 处没有工艺孔并未出现开裂 。在工艺孔内部沿圆 周大约在厚度中心部位观察到可视裂纹 。
根据上述情况 ,本文从材料角度 ,对开裂大梁 试样进行化学成分 、拉伸 、冷弯力学性能 、金相组 织 、低倍酸洗检测 ,以分析其开裂原因 。
3 分析和讨论
从以上分析可以看出 :试样化学成分中 P、S 含 量低 ,且钢中非金属夹杂物级别低 ,钢水纯净度高 , 排除了非金属夹杂物引起冲压开裂因素 。力学性 能检测和冷弯试验表明试样强度高塑性好 。酸洗 后上下表面质量均良好 ,也排除了因表面微裂纹引 起的大梁开裂 。但拉伸试样断口分层表明该超高 强度钢的厚度方向抗层状撕裂性能低 ,冲压或剪切
总第 46 期 张 宜 ,胡学文等屈服强度 700MPa 级超高强度大梁钢冲压开裂分析
·3 ·
断口易产生层状裂纹倾向 ,这与材料厚度中心珠光 体带状组织有关 。从材料角度考虑应减少连铸过 程中铸坯中心元素偏析和优化轧制工艺以减轻或 避免中心光体偏析带 ,避免材料易产生裂纹层状扩 展的问题 。
对屈服强度为700mpa级超高强度大梁钢在冲压过程中出现的严重开裂进行分析结果表明冲压工艺孔位置及工艺孔内断面裂纹是大梁板冲压开裂裂纹源产生的主要原因超高强度大梁板冲压或剪切断口易产生层状裂纹倾向与材料厚度中心珠光体带状组织有关超高强度大梁折弯变形区域在设计中应避免出现工艺冲孔
第 19 卷第 4 期 2009 年 10 月
[3 ] 张春丽. 2050mm 热连轧精整横切剪剪切断面质量浅 析[J ]1[ C] . 轧钢. 2005 年中国钢铁年会论文集 ,2005 : 205 - 209
Analysis of Cracking During Stamping of 700MPa Grade Super High Strength Beam Steel
2 检测分析结果
2. 1 化学成分检测 采用火花源原子发射光谱仪对化学成分进行
收稿日期 :2009 - 05 - 25 作者简介 :张宜 (1982 - ) ,男 ,马钢股份公司技术中心 ,现从事汽车 板和耐候钢新产品开发 。2005 年毕业于安徽工业大学材料工程与 控制工程专业 。
检测 ,成分分析表明钢中的 P 和 S 含量很低 ,检测 结果见表 1 。
图 1 开裂大梁宏观形貌
2. 2 力学性能检测 2. 2. 1 力学性能
分别进行拉伸和冷弯性能检测 ,拉伸试验在 ZwickΠRoell Z600 拉伸试验机上进行 ,冷弯检验 ,弯 心直径 d = a ,宽度 b = 35mm ,180°冷弯 。拉伸和冷 弯性能见表 2 ,结果表明 ,超高强度钢的屈服强度 达到 770MPa ,抗拉强度达到 840MPa ,延伸率在 21. 5 %以上 ,且冷弯表面无裂纹 ,说明该材料在具有超 高强度的同时具有高的塑性 。 2. 2. 2 拉伸试样断口形貌
Zhang Yi Hu Xuewen Wan Wenhong
Abstract : The severe cracking during stamping of 700Mpa grade super high strength beam steel l was analyzed , the results showed that the positions of stamping holes and cracks in inner section of stamping holes were the primary cause of crack source for this steel . The super high strength beam steel can easily bring the trend of samdwich cracking in the stamping or cut process. It has relation with the banded pearlite in the middle of the material . The craft hole should be avoided in the design of area of bend. Key words : beam steel ;stamping ;cracking
(a) 正常区域金相组织
(b) 裂纹形貌
(c) 裂纹处金相组织 图 2 金相组织和裂纹形貌
2. 4 酸洗低倍检验 为观察试样表面情况 ,对已冲压的大梁试样进
行低倍酸洗检验 ,未发现肉眼可见的表面微缺陷 , 说明试样酸洗后上下表面质量均良好 。
酸洗后发现工艺孔内四周有明显的龟裂和环 状裂纹 ,文献[3] 指出高强度钢板剪切断面开裂主要 受两个因素影响 ,一是钢板强度 ,二是剪切工艺 ,其 中钢板强度过高时剪切开裂的内因 ,在有限的剪切 能力下 ,高的强度增加了开裂的可能性 ;剪切工艺 是剪切开裂的外因 ,剪刃间隙的加大为高强度钢板 的剪切开裂提供了应力条件 ,在内因和外因的综合 作用下 ,产生了高强度钢板横向剪切断面的开裂缺 陷。
≤0. 22 (Nb + V + Ti)
冷 弯 d = a ,b = 35mm ,180° d = a ,b = 35mm ,180° d = a ,b = 35mm ,180° d = 2a ,b = 35mm ,180°
正常区域试样检测结果 : 组织为铁素体 ,中心区域有珠光体条带 ,晶粒
钢号 QSTE700TM QSTE700TM QSTE700TM 技术要求
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 2009 年第 4 期
表 1 化学成分检测结果Πwt %
C 10
Mn 1. 90 ≤2. 10
P 0. 011 ≤0. 025
参考文献
[1 ] 张继魁 ,辛莹 ,张曼曼. 汽车大梁用低合金高强度钢 板的性能与发展 [J ] . 汽车工艺与材料 ,2004 (6) :42 46
[2 ] 陆 匠 心. 700MPa 级 高 强 度 微 合 金 钢 生 产 技 术 研 究 [ C] . 学位论文 ,沈阳 ,东北大学 ,2004
4 结论
超高强度大梁板冲压工艺孔及工艺孔内断面 裂纹是大梁板冲压开裂裂纹源产生的主要原因 。
超高强度大梁板冲压或剪切断口易产生层状 裂纹倾向与材料厚度中心珠光体带状组织有关 ;减 少连铸过程中铸坯中心元素偏析和优化轧制工艺 以减轻或避免中心珠光体偏析带 ,避免材料易产生 裂纹层状扩展的问题 。
超高强度大梁折弯变形区域在设计中应避免 出现工艺冲孔 。
度 10. 5～12. 5 级 ,存在混晶组织 ,试样光学显微组 织形貌见图 2 - a ,非金属夹杂物主要为少量细系 氧化铝类和球化的细系氧化物类夹杂 ,级别很低均 为 0. 5 级 ,说明此钢钢水纯净度高 ,且夹杂物球化 变性效果明显 。
开裂区域检测结果 : 试样上有数条与表面不连通的裂纹 ,裂纹形貌 见图 2 - b ,裂纹内未见夹杂 ,裂纹附近组织为铁素 体 ,见图 2 - c 。 从上述光学显微镜检测结果看 ,正常区域和开 裂缺陷区域组织没有明显区别 ,非金属夹杂物级别 低。
拉伸试样断口发现严重分层现象 ,主要表现在 拉伸试样断口整个断面均有不同程度平行于板面 的分层裂口 ,其中最严重处为试样断口约厚度中心 部位 ,产生整条撕裂 ,侧面裂纹扩展约 10mm。 2. 3 组织和夹杂物检测
开裂和正常区域金相组织和非金属夹杂物检 测分析结果如下 。
·2 ·
钢种 QSTE700TM 技术要求
关键词 :大梁钢 ;冲压 ;开裂 中图分类号 : TG142141 : TF762 + 13 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 9994 (2009) 04 - 0001 - 03
随着汽车工业的发展 ,为提高汽车的承载能 力 ,延长汽车使用寿命和节能 、节材以及安全行驶 等要求 ,用超高强度钢板生产汽车大梁 ,已成为发 展趋势[1] ,一般按对应构件材料强度和壁厚的关系 可以保证结构强度稳定使用的经验公式来看[2] ,使 用屈服强度 700MPa 级大梁钢代替目前 345MPa 级 大梁钢 ,可以减重 20 %左右 。本文所述材料即为 某汽车制造厂试用的一种屈服强度为 700MPa 级超 高强度大梁钢 (牌号为 QSTE700TM) ,该厂在试冲 压过程中 ,大梁出现严重开裂现象 ,本文对开裂试 样进行检测分析 ,以寻找其开裂原因及改进措施 。
(马钢股份公司技术中心 安徽马鞍山 243000)
摘 要 :对屈服强度为 700MPa 级超高强度大梁钢在冲压过程中出现的严重开裂进行分析 ,结果表明冲压工艺孔位置及工
艺孔内断面裂纹是大梁板冲压开裂裂纹源产生的主要原因 , 超高强度大梁板冲压或剪切断口易产生层状裂纹倾向与材料 厚度中心珠光体带状组织有关 , 超高强度大梁折弯变形区域在设计中应避免出现工艺冲孔 。
S < 0. 002 ≤0. 010
Als 0. 046
—
试样编号 1 2 3
表 2 拉伸冷弯力学性能检测结果
厚度Πmm ReLΠMPa
RmΠMPa
AΠ%
6. 96
770
840
22. 5
6. 97
776
846
22. 0
6. 94
771
851
21. 5
≥700
750～950
≥12
Nb 、V、Ti 微量
从大梁开裂形貌 、位置和酸洗后工艺孔内发现 的龟裂和横向裂纹来看 ,在冲压过程中 ,工艺孔四 周龟裂和环状裂纹很容易作为外部裂纹源 ,在力的 作用下导致大梁开裂 ;另一方面 ,该材料拉力断口 特点 ,反映该材料容易发生中心层状撕裂和层状撕 裂在材料厚度中心部位扩展 。开裂大梁起裂开始 点正是冲孔厚度中心位置 ,裂纹扩展呈层状扩展特 征 ,这与拉力断口的中心层状撕裂特征一致 。酸洗 低倍检验结果表明 ,在冲孔过程中 ,材料在冲孔断 面已经形成裂纹 ,当冲孔位于大梁冲压的折弯位置 时 ,在力的作用下 ,冲孔的裂纹极易扩展导致材料 破坏 ;大梁折弯变形另一侧未冲孔 ,未发生开裂 ,进 一步说明冲孔及工艺孔内断口裂纹是大梁发生开 裂的裂纹源 。从冲压成型角度考虑 ,超高强度大梁 折弯变形区域在设计中应避免出现工艺孔 。
Journal
of
安徽冶金科技职 Anhui Vocational College
业学院学报 of Metallurgy and
Technology
Vol. 19. No. 4 Oct. 2009
屈服强度 700MPa 级超高强度大梁钢冲压开裂分析
张 宜 ,胡学文 ,万文红