汽车大梁用钢板冲压开裂分析
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ｔｈｅｔｒｏｕｇｈｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
图 ４ 槽形梁内侧面形貌 Ｆｉｇ．４ Ｉｎｎｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｔｒｏｕｇｈｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
图 ２ 槽形梁外侧面裂口形貌 Ｆｉｇ．２ Ｃｒａｃｋｓｏｎｏｕｔｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｔｒｏｕｇｈ
ｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
在槽形梁内侧测量，发现该梁冲压成形的弯 曲半径与板厚相当或约小于板厚，见图 ３。检查 槽形梁内侧时发现，内拐角几乎是直角过渡，见图 ４。在弯曲 成 形 时，钢 板 弯 曲 外 侧 纤 维 产 生 拉 应 变，当板厚一定时，弯曲半径越小，应变量越大，导 致转角外侧减薄或开裂。因此钢板冷弯或冲压成 形时，业内都强调“只要设计结构允许，圆角半径 尽量大”，并 规 定 “屈 服 强 度 较 高 的 钢 板 弯 曲 时， 弯曲半径需至少为 ２倍（最好 ３倍）坯料厚度”。 对强度达到 ４１５和 ４８０ＭＰａ的钢板，规定最小弯 曲半径分别为 ３倍和 ４倍板厚。
槽形梁内侧局部放大发现内拐角存在严重的 挤压痕，见图 ４。显然这与圆角半径过小有关。
２ 原料板的力学性能 宏观检查原料钢板未发现有表面缺陷。从
原料钢 板 上 切 取 ３件 冷 弯 试 样，按 ｄ＝ａ、α＝ １８０°（同时 弯 曲 轴 与 槽 形 梁 的 方 向 一 致 ）进 行 冷弯试验，试样冷弯后的形貌见图 ５，未发现裂 纹。
第 ４１卷 第 ３期 ２０１９年 ５月
上 海 金 属 ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３ Ｍａｙ，２０１９ ３９
汽车大梁用钢板冲压开裂分析
邱 涛
（攀钢集团攀枝花钢钒有限公司制造部，四川 攀枝花 ６１７０２３）
【摘要】 汽车大梁用热轧 ５１０ＭＰａ级钢板在冲压过程中开裂。检测了开裂钢板的硬度、 显微组织和力学性能，以揭示其开裂的原因。检测发现：开裂钢板厚度方向不同部位的塑性不 同，因而变形性也有差异，导致其冲压时开裂。此外，模具圆角半径过小，且钢板表层有夹杂物， 加剧了裂纹的扩展。
【关键词】 热轧 汽车大梁用钢 开裂 变形性
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣｒａｃｋｉｎｇｏｆｔｈｅＳｔｅｅｌＰｌａｔｅｆｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＧｉｒｄｅｒｄｕｒｉｎｇＳｔａｍｐｉｎｇ
ＱＩＵＴａｏ （ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｌａｎｔ，ＰａｎｇａｎｇＧｒｏｕｐＳｔｅｅｌ＆ Ｖａｎａｄｉｕｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＰａｎｚｈｉｈｕａＳｉｃｈｕａｎ６１７０２３，Ｃｈｉｎａ）
开裂的槽形梁弯曲外侧面形貌见图 １。梁长 约 ３８０ｍｍ，其弯曲变形区外侧有 ６个小而浅的裂 口，多数裂口较短，最长约 １８ｍｍ，裂口较宽；在梁 侧表面上紧挨转角区有较深的模具擦痕。擦痕实 际上是由于凹模圆角半径较小、板料不能平滑地
作者简介：邱涛，男，硕士，工程师，主要从事汽车大梁用钢板的研究，Ｅｍａｉｌ：ｑｔ６７４０＠１２６．ｃｏｍ
轧 Ｆ６速度低是导致 ７５０ＭＰａ级汽车大梁用钢板 开裂的主要原因。这些分析大多着眼于钢质纯净 度、带状组织等方面。本文研究发现，轧后冷却方 式不合理也会导致钢板成形时开裂。 １ 开裂试样宏观检测
某厂将 ５１０Ｌ钢板冲压成槽形梁后，发现弯曲 变形区外侧开裂。在现场随机从一件开裂的大梁 上截取一段槽形梁，同时在已切分但未冲压的钢 板上截取一块板料。原料钢板与槽形梁为同一热 轧批次，厚 ７．６ｍｍ。
国内一些钢厂对汽车大梁用钢板的成形开裂 都进行了分析。如孟宪堂等［２］认为，表面铁皮压 入、严重的中心偏析带以及晶界较粗大的析出物 等均可导致热轧汽车大梁用钢板成形开裂；徐礼 玲［３］则发现，钢板的含硫夹杂物分布密集和较严 重的带状组织会导致其开裂；郭亚婷等［４］认为，钢 板中存在轧制时未焊合的中心氧化层以及硫化锰 偏析是其冷弯开裂的主要原因；于洋等［５］认为，精
图 ５ 原料钢板冷弯试样形貌 Ｆｉｇ．５ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｃｕｔｆｒｏｍ ｔｈｅｒａｗ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ａ ｂａｔｃｈｏｆｈｏｔｒｏｌｌｅｄ５１０ＭＰａｇｒａｄｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｕｓｅｄｆｏｒａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｇｉｒｄｅｒ ｃｒａｃｋｅｄｄｕｒｉｎｇｓｔａｍｐｉｎｇ．Ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｅｄ ｐｌａｔｅｗｅｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄｔｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｃａｕｓｅｆｏｒｉｔｓｃｒａｃｋｉｎｇ．Ｆｒｏｍｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｂｅｌｏｗｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｐｌａｔｅｄｉｆｆｅｒｅｄｉｎｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｓｗｅｌｌａｓｉｎｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｕｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎ ｔｈｅｉｒｃｒａｃｋｉｎｇｄｕｒｉｎｇｓｔａｍｐｉｎｇ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｃｏｒｎｅｒｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｄｉｅｗａｓｔｏｏｓｍａｌｌ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗｅｒｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｓｋｉｎｏｆｔｈｅｐｌａｔｅ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｍｏｔｅｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｓ．
【Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ】 ｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇ，ｓｔｅｅｌｆｏｒａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｇｉｒｄｅｒ，ｃｒａｃｋｉｎｇ，ｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ
热轧钢板用于制作商用汽车的车架、纵梁或 横梁等零件，需进行冲压或折弯或辊压等冷成形 加工，因此要有较高的强度和良好的成形性能［１］。 ２０１６年，某厂生产的一批汽车大梁用 ５１０ＭＰａ级 钢板在制作汽车纵梁的过程中出现开裂。为查明 开裂的原因，对开裂钢板进行了系统的检测，并与 正常钢板进行了对比。
来自百度文库 ４０
上 海 金 属
进入凹模而导致的冲击性滑动擦伤痕迹。板面上 裂口与擦痕相对应（有擦痕的区段必有裂纹），见 图 ２。
第 ４１卷
图 １ 开裂的槽形梁外侧面形貌 Ｆｉｇ．１ Ｏｕｔｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｅｄｔｒｏｕｇｈ
ｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
图 ３ 槽形梁弯曲半径测量 Ｆｉｇ．３ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｂｅｎｄｉｎｇｒａｄｉｕｓｏｆ
图 ４ 槽形梁内侧面形貌 Ｆｉｇ．４ Ｉｎｎｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｔｒｏｕｇｈｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
图 ２ 槽形梁外侧面裂口形貌 Ｆｉｇ．２ Ｃｒａｃｋｓｏｎｏｕｔｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｔｒｏｕｇｈ
ｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
在槽形梁内侧测量，发现该梁冲压成形的弯 曲半径与板厚相当或约小于板厚，见图 ３。检查 槽形梁内侧时发现，内拐角几乎是直角过渡，见图 ４。在弯曲 成 形 时，钢 板 弯 曲 外 侧 纤 维 产 生 拉 应 变，当板厚一定时，弯曲半径越小，应变量越大，导 致转角外侧减薄或开裂。因此钢板冷弯或冲压成 形时，业内都强调“只要设计结构允许，圆角半径 尽量大”，并 规 定 “屈 服 强 度 较 高 的 钢 板 弯 曲 时， 弯曲半径需至少为 ２倍（最好 ３倍）坯料厚度”。 对强度达到 ４１５和 ４８０ＭＰａ的钢板，规定最小弯 曲半径分别为 ３倍和 ４倍板厚。
槽形梁内侧局部放大发现内拐角存在严重的 挤压痕，见图 ４。显然这与圆角半径过小有关。
２ 原料板的力学性能 宏观检查原料钢板未发现有表面缺陷。从
原料钢 板 上 切 取 ３件 冷 弯 试 样，按 ｄ＝ａ、α＝ １８０°（同时 弯 曲 轴 与 槽 形 梁 的 方 向 一 致 ）进 行 冷弯试验，试样冷弯后的形貌见图 ５，未发现裂 纹。
第 ４１卷 第 ３期 ２０１９年 ５月
上 海 金 属 ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳ
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３ Ｍａｙ，２０１９ ３９
汽车大梁用钢板冲压开裂分析
邱 涛
（攀钢集团攀枝花钢钒有限公司制造部，四川 攀枝花 ６１７０２３）
【摘要】 汽车大梁用热轧 ５１０ＭＰａ级钢板在冲压过程中开裂。检测了开裂钢板的硬度、 显微组织和力学性能，以揭示其开裂的原因。检测发现：开裂钢板厚度方向不同部位的塑性不 同，因而变形性也有差异，导致其冲压时开裂。此外，模具圆角半径过小，且钢板表层有夹杂物， 加剧了裂纹的扩展。
【关键词】 热轧 汽车大梁用钢 开裂 变形性
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣｒａｃｋｉｎｇｏｆｔｈｅＳｔｅｅｌＰｌａｔｅｆｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ＧｉｒｄｅｒｄｕｒｉｎｇＳｔａｍｐｉｎｇ
ＱＩＵＴａｏ （ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｌａｎｔ，ＰａｎｇａｎｇＧｒｏｕｐＳｔｅｅｌ＆ Ｖａｎａｄｉｕｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＰａｎｚｈｉｈｕａＳｉｃｈｕａｎ６１７０２３，Ｃｈｉｎａ）
开裂的槽形梁弯曲外侧面形貌见图 １。梁长 约 ３８０ｍｍ，其弯曲变形区外侧有 ６个小而浅的裂 口，多数裂口较短，最长约 １８ｍｍ，裂口较宽；在梁 侧表面上紧挨转角区有较深的模具擦痕。擦痕实 际上是由于凹模圆角半径较小、板料不能平滑地
作者简介：邱涛，男，硕士，工程师，主要从事汽车大梁用钢板的研究，Ｅｍａｉｌ：ｑｔ６７４０＠１２６．ｃｏｍ
轧 Ｆ６速度低是导致 ７５０ＭＰａ级汽车大梁用钢板 开裂的主要原因。这些分析大多着眼于钢质纯净 度、带状组织等方面。本文研究发现，轧后冷却方 式不合理也会导致钢板成形时开裂。 １ 开裂试样宏观检测
某厂将 ５１０Ｌ钢板冲压成槽形梁后，发现弯曲 变形区外侧开裂。在现场随机从一件开裂的大梁 上截取一段槽形梁，同时在已切分但未冲压的钢 板上截取一块板料。原料钢板与槽形梁为同一热 轧批次，厚 ７．６ｍｍ。
国内一些钢厂对汽车大梁用钢板的成形开裂 都进行了分析。如孟宪堂等［２］认为，表面铁皮压 入、严重的中心偏析带以及晶界较粗大的析出物 等均可导致热轧汽车大梁用钢板成形开裂；徐礼 玲［３］则发现，钢板的含硫夹杂物分布密集和较严 重的带状组织会导致其开裂；郭亚婷等［４］认为，钢 板中存在轧制时未焊合的中心氧化层以及硫化锰 偏析是其冷弯开裂的主要原因；于洋等［５］认为，精
图 ５ 原料钢板冷弯试样形貌 Ｆｉｇ．５ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｃｕｔｆｒｏｍ ｔｈｅｒａｗ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ａ ｂａｔｃｈｏｆｈｏｔｒｏｌｌｅｄ５１０ＭＰａｇｒａｄｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｕｓｅｄｆｏｒａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｇｉｒｄｅｒ ｃｒａｃｋｅｄｄｕｒｉｎｇｓｔａｍｐｉｎｇ．Ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｅｄ ｐｌａｔｅｗｅｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄｔｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｃａｕｓｅｆｏｒｉｔｓｃｒａｃｋｉｎｇ．Ｆｒｏｍｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｂｅｌｏｗｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｐｌａｔｅｄｉｆｆｅｒｅｄｉｎｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｓｗｅｌｌａｓｉｎｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｕｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎ ｔｈｅｉｒｃｒａｃｋｉｎｇｄｕｒｉｎｇｓｔａｍｐｉｎｇ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｃｏｒｎｅｒｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｄｉｅｗａｓｔｏｏｓｍａｌｌ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗｅｒｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｓｋｉｎｏｆｔｈｅｐｌａｔｅ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｍｏｔｅｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｓ．
【Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ】 ｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇ，ｓｔｅｅｌｆｏｒａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｇｉｒｄｅｒ，ｃｒａｃｋｉｎｇ，ｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ
热轧钢板用于制作商用汽车的车架、纵梁或 横梁等零件，需进行冲压或折弯或辊压等冷成形 加工，因此要有较高的强度和良好的成形性能［１］。 ２０１６年，某厂生产的一批汽车大梁用 ５１０ＭＰａ级 钢板在制作汽车纵梁的过程中出现开裂。为查明 开裂的原因，对开裂钢板进行了系统的检测，并与 正常钢板进行了对比。
来自百度文库 ４０
上 海 金 属
进入凹模而导致的冲击性滑动擦伤痕迹。板面上 裂口与擦痕相对应（有擦痕的区段必有裂纹），见 图 ２。
第 ４１卷
图 １ 开裂的槽形梁外侧面形貌 Ｆｉｇ．１ Ｏｕｔｅｒｓｉｄｅｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｅｄｔｒｏｕｇｈ
ｓｈａｐｅｄｇｉｒｄｅｒ
图 ３ 槽形梁弯曲半径测量 Ｆｉｇ．３ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｂｅｎｄｉｎｇｒａｄｉｕｓｏｆ