分享：特深冲用汽车板冲压开裂原因

随着国产自主品牌汽车的崛起，汽车外观设计日益复杂，对汽车外板的冲压性能要求不断提高。冲压开裂是汽车板常见的冲压缺陷之一[1-2]。钢中存在非金属夹杂物、模具与材料不匹配、润滑不良等因素均会导致汽车板发生冲压开裂[3-6]。某汽车厂冲压车间生产侧围外板时发生汽车板开裂情况，汽车板材料为CR3钢，镀层为纯锌镀层，基板厚度为0.7 mm，对应铸坯厚度为230 mm。笔者采用一系列理化检验方法分析汽车板开裂的原因，以避免该类问题再次发生。 

1.   理化检验

1.1   宏观观察

汽车板裂口长度约为7 mm，裂口位置存在片状脱落物。铸坯厚度为230 mm，成品厚度为0.7 mm，压下率为99.7%，结合体积不变原理，忽略宽展，成品带钢的长度约为铸坯长度的328倍。而脱落物的长宽比约为2∶1，可排除该脱落物为铸坯阶段引入的。 

1.2   扫描电镜（SEM）及能谱分析

利用扫描电镜对汽车板裂口处进行观察，结果如图1所示。由图1可知：脱落物位于裂口位置，且与基体分离，裂口长度约为7 mm，宽度约为2.7 mm；脱落物长度约为2.8 mm，宽度约为1.3 mm，脱落物表面呈明显碾压划蹭形貌，部分区域光整印完好。光整印为镀锌后光整辊形貌复制到镀层上的纹路。说明脱落物趋向于与带钢一体，而并非是冲压过程中引入的。 

图  1  汽车板裂口处SEM形貌

在脱落物靠近表面一侧取样，对试样进行能谱分析，结果如图2所示。由图2可知：该处试样存在锌层，可以确定该脱落物来自带钢表面，并非冲压加工过程中外来物引入。 

图  2  脱落物靠近表面一侧能谱分析结果

在开裂汽车板与脱落物直接接触的区域取样，对试样进行能谱分析，结果如图3所示。由图3可知：试样表面存在氧化铁。由于氧化铁的产生条件为高温及有氧环境，因此推测该缺陷产生于热轧或热轧之前。 

图  3  开裂汽车板与脱落物直接接触区域的能谱分析结果

在基体及脱落物的截面处分别取样，对试样进行SEM分析，结果如图4所示。由图4可知：开裂位置裂口截面处存在尖端，说明基体厚度发生了明显减薄，基体内无氧化近圆形颗粒物或夹杂物；脱落物厚度约为250 µm，一侧存在镀层，为带钢表面，整个截面内部存在大量均匀分布的近圆形颗粒物。 

图  4  基体及脱落物的截面处SEM形貌

在脱落物靠近心部一侧取样，对试样进行能谱分析，结果如图5所示。由图5可知：试样表面存在氧化铁。 

图  5  脱落物靠近心部一侧能谱分析结果

在脱落物内部取样，对试样进行能谱分析，结果如图6所示。由图6可知：试样存在大量的近圆形颗粒物，其主要成分为Fe、O、Mn、Si等元素，较大的近圆形颗粒物尺寸（直径）约为10 µm，脱落物的基体成分为Fe元素。 

图  6  脱落物内部能谱分析结果

虽然近圆形颗粒物的形貌及成分和氧化近圆形颗粒物相似，但是仍存在一定差别。在目前的连铸及热轧工艺条件下，产生的氧化近圆形颗粒物层厚度一般约为20 µm，单个氧化近圆形颗粒物尺寸（直径）不大于1 µm。该脱落物内部近圆形颗粒物在整个厚度250 µm范围内均匀分布，并且单个近圆形颗粒物尺寸过大，初步判断脱落物中的近圆形颗粒物不是钢基体内典型的氧化近圆形颗粒物。 

对生产现场进行调查，发现热轧产线在生产该卷产品前存在检修，并在精轧阶段进行了焊接作业。初步怀疑异物有可能为焊接作业产生的焊瘤。模拟当时情况进行焊接作业，并对焊接产生的焊瘤进行能谱分析，结果如图7所示。由图7可知：焊瘤内部同样存在近圆形颗粒物，同时其形貌、尺寸、成分均与脱落物一致。 

图  7  焊瘤截面能谱分析结果

1.3   金相检验

在汽车板基体和脱落物的截面处取金相试样，利用光学显微镜对试样进行观察，结果如图8所示。由图8可知：裂口端部组织存在明显变形，基体与脱落物接触区域的晶粒明显偏小，说明在该区域因与脱落物接触，在轧制变形过程中储存了更多的畸变能，在热轧及冷轧退火过程中对晶粒的恢复及再结晶起促进作用，导致该区域晶粒细小；脱落物的晶粒形貌与基体明显不同，进一步说明该脱落物并非来自带钢本身，而是来自外部异物。 

图  8  汽车板基体和脱落物的显微组织形貌

2.   综合分析

由铸坯与成品带钢的压下率及伸长率可知，脱落物不是在铸坯阶段引入的。汽车板裂口位置存在脱落物，根据其形貌、成分、显微组织可以确定脱落物来自带钢本身，不是在运输或冲压过程中引入的。脱落物与基体接触区域存在氧化铁，可以判断脱落物是在热轧及热轧之前引入的。脱落物内部存在大量近圆形颗粒物，在整个脱落物250 µm厚度范围内均匀分布，单个近圆形颗粒物尺寸（直径）可达10 µm。对焊瘤进行能谱分析，可知焊瘤内近圆形颗粒物的形貌、尺寸、成分与脱落物一致，说明脱落物是焊瘤引入的。 

焊接金属在高温环境停留时间较长，导致奥氏体晶粒显著粗化。氧化物冶金技术通过合适的脱氧工艺在焊丝钢中形成细小、弥散分布的高熔点氧化物颗粒，这些氧化物颗粒在焊接过程中不会熔解，而是以“钉轧”的形式阻碍奥氏体晶界迁移，阻止奥氏体晶粒粗化，且在冷却相变过程中增加了铁素体形核的质点，通过细化晶粒来改善焊缝的性能。由此可以判断导致冲压开裂的脱落物是焊瘤引入的。 

3.   结论与建议

热轧工序过程带钢表面产生焊瘤，并产生脱落物，脱落物经过轧制嵌入带钢表面，最终导致汽车板发生冲压开裂。 

建议在生产过程中加强清洁工作，特别是在焊接检修后，彻底清扫焊接区域附近，以避免产生脱落物。

文章来源——材料与测试网